[发明专利]一种可快速时效强化的Mg-Y-Nd-Gd-Zr-Li合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可快速时效强化的Mg‑Y‑Nd‑Gd‑Zr‑Li合金及其制备方法。组分及重量分数Y：3.7‑4.3wt％，Nd：2.0‑2.5wt％，Gd：0.4‑1.9wt％，Zr：0.4‑0.6wt％，Li：0.5‑1.5wt％，余量镁及杂质。方法：①按比例取镁、Mg‑Y、Mg‑Nd、Mg‑Gd、Mg‑Zr和Li，将除Li外的原料烘干；②镁熔化成液；③除Li外的原料加入镁液加热；④熔化后降温，加Li搅拌得熔体；⑤熔体加热，浇铸镁合金；⑥镁合金固溶、水淬；⑦固溶后时效处理，得Mg‑Y‑Nd‑Gd‑Zr‑Li合金。通过添加Li，促进时效过程中强化相的析出，缩短时效处理时间，实现快速时效强化。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种可快速时效强化的Mg-Y-Nd-Gd-Zr-Li合金及其制备方法。

背景技术

镁(Mg)合金具有密度低、来源广泛、比强度和比刚度高等优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，在航空航天、汽车、轨道交通、电子行业等对轻量化要求较高的领域具有广泛的应用前景。目前，限制镁合金应用的一大难题在于强度偏低，难以满足工程应用的要求。因此，开发新型高强度镁合金具有非常重要的价值。

镁-稀土合金是高强度镁合金重要的发展方向。在镁-稀土合金中，WE43合金(Mg-4Y-3RE)由于具有良好的力学性能与时效强化效果，在航空航天领域应用十分广泛，是目前较为成功的高强耐热镁合金。WE43合金是一种需经热处理强化的合金。合金的热处理包括固溶处理与时效处理，固溶处理的目的是使铸态合金中的粗大第二相溶解进入合金基体，形成单一过饱和固溶体，而时效处理的目的是促进过饱和固溶体中均匀弥散析出相的析出，起到显著的强化效果。经过固溶时效处理后，合金的力学性能将会有极大提高。但目前应用中困扰WE43之类镁-稀土合金的一个难题是由于稀土元素的扩散速度慢，所需的时效时间较长，能源消耗和人工消耗均很高。以WE43合金为例，在225℃下需时效约16h才能达到时效峰值。如果能够显著缩短时效时间，可以有效降低WE43合金的总生产成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种可快速时效强化的Mg-Y-Nd-Gd-Zr-Li合金及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种可快速时效强化的Mg-Y-Nd-Gd-Zr-Li合金，具有如下重量分数的组分：Y：3.7-4.3wt％，Nd：2.0-2.5wt％，Gd：0.4-1.9wt％，Zr：0.4-0.6wt％，Li：0.5-1.5wt％，余量为Mg，及不可避免的杂质。

进一步，本发明采用Y为第一组分，Y元素的加入能够实现镁合金的固溶强化和时效析出强化，选择Y元素含量为3.7-4.3wt％，能够使镁合金具有良好的强度和塑性组合，进一步提高Y元素含量，虽然能够在一定程度上促进镁合金的固溶强化和时效析出强化，但是会引起镁合金塑性和韧性的急剧下降，同时由于合金塑性的急剧下降，使得合金的屈服强度虽然有所提高，但抗拉强度会有所下降。

进一步，本发明采用Nd为第二组分，Nd元素的加入能够实现镁合金的固溶强化和时效析出强化。

进一步，本发明采用Gd为第三组分，Gd元素的加入能够实现镁合金的固溶强化和时效析出强化。

进一步，本发明采用Zr为第四组分，Zr元素是镁合金中有效的细化剂，Zr元素的加入能够有效细化合金凝固组织。

进一步，本发明采用Li为第五组分，Li元素的加入能够促进时效过程中强化相的析出，缩短时效处理所需时间，实现快速时效强化，设计Li含量为0.5-1.5wt％，对于促进析出已完全能够满足所需。进一步提高Li含量，不仅不能够提高析出效果，还会因为大量Li原子固溶在镁合金基体中而使镁合金基体变软，变形抗力降低，导致合金整体强度降低，对析出强化产生负面作用。

一种可快速时效强化的Mg-Y-Nd-Gd-Zr-Li合金的制备方法，包括如下步骤：