[发明专利]耐疲劳抗蠕变镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种耐疲劳抗蠕变镁合金，按质量百分数计，所述镁合金含X元素和0.05％～0.5％的Y元素，所述X元素为铋、锌和钕中的一种或多种，所述X元素中一种元素的添加量为其在镁基体中固溶极限的40％～100％，其他元素添加量≤1％；所述Y元素为钙、锰和锆中的任意一种；所述镁合金的晶粒内部含孪晶，且孪晶界处含无析出带。本发明还公开了一种耐疲劳抗蠕变镁合金的制备方法。该镁合金耐疲劳性能和抗蠕变性能优良，该制备方法工艺设计合理、设备要求简单、操作方便、成本低、效率高，能够稳定制备出晶粒内部含孪晶且孪晶界处含无析出带的微观结构进而耐疲劳和抗蠕变性能得到改善的镁合金。

技术领域

本发明属于镁合金及加工技术领域，涉及一种耐疲劳抗蠕变的镁合金及其制备方法，具体涉及的是一种晶粒内部含孪晶且孪晶界处含无析出带的镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是目前最理想的轻量化结构材料，在航天飞行器、舱体桁架和民用客机座椅等航空航天领域有着巨大的应用潜力。然而，镁合金在中低温交变载荷作用下的耐疲劳性能还不能满足主承力结构件的性能标准，较低的疲劳极限使其无法达到理想的服役寿命，造成应用过程中的安全隐患和生产成本的增加。同时，镁合金在中高温恒定载荷作用下的抗蠕变性能也不能满足发热部件的承载需求，较低的蠕变抗力极易使其迅速发生剧烈变形，影响发热部件与其它结构件间的安全结合，引起服役过程中的危害。

然而，常用的晶粒细化、固溶强化、析出强化和加工硬化等手段均不能同时增强镁合金的耐疲劳和抗蠕变性能。而且，近年来国内外开发出的高合金化镁合金虽能提高静态载荷下的强度，却不能有效改善动态载荷下的耐疲劳和抗蠕变性能，更无法抑制镁合金沿晶界出现的无析出带，晶界处含无析出带的晶粒高达30％甚至以上，在中低温交变载荷和中高温恒定载荷作用下，裂纹会优先于“强度弱区”的无析出带形成并扩展。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种耐疲劳抗蠕变性能优良的镁合金及其制备方法，该镁合金耐疲劳性能和抗蠕变性能优良，该制备方法工艺设计合理、设备要求简单、操作方便、成本低、效率高，能够稳定制备出晶粒内部含孪晶且孪晶界处含无析出带的微观结构从而使镁合金同时具备耐疲劳和抗蠕变的特性。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明将有害的晶界无析出带转变为有益的孪晶界无析出带，实现同时增强镁合金在中低温交变载荷下的耐疲劳性能与在中高温恒定载荷下的抗蠕变性能，满足航天工程的迫切需求。

耐疲劳抗蠕变镁合金，按质量百分数计，含X元素和0.05％～0.5％的Y元素，所述X元素为铋、锌、钕中的一种或多种，所述X元素中一种元素的添加量是其在镁基体中固溶极限的40％～100％，其他元素添加量≤1％；所述Y元素为钙、锰、锆中的任意一种；余量为镁和不可避免的杂质；所述镁合金的晶粒内部含孪晶，且孪晶界处含无析出带。

优选地，所述的镁合金70％以上的晶粒内部含孪晶，且孪晶界处含无析出带，而晶界处含无析出带的晶粒≤20％，更高密度的孪晶能更好地强化镁合金，更高密度的孪晶界处的无析出带能更好地释放应力集中、促进应力均匀分布，并大幅减少晶界处的无析出带；进一步优选，所有晶粒的晶界处都不含无析出带，这能够最大程度地减少强度弱区。

优选地，所述孪晶的一侧孪晶界或两侧孪晶界含无析出带，所述无析出带宽度与所述孪晶宽度的比值为0.05～0.7。进一步优选，只有一侧的孪晶界处含无析出带，无析出带宽度与孪晶宽度的比值为0.05～0.7，或两侧的孪晶界处都含无析出带，无析出带宽度之和与孪晶宽度的比值0.05～0.7，低于该比值则无法有效缓解孪晶界处的应力集中、无法促进应力均匀分布，高于该比值则会降低孪晶界的强化作用。

优选地，所含X元素为铋、锌和钕中的任意一种，并且该元素的质量百分数是其在镁基体中固溶极限的50～95％，单一元素能在应变时效过程中形成更多的析出相，元素利用率更高、成本更低。