[发明专利]一种高强Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种高强Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr稀土镁合金，其化学组分按质量百分数包括：10.8～13.6％Gd、4.0～4.6％Y、1.8～2.2％Zn、0.4～0.6％Zr，余量为镁和不可避免的杂质元素。并公开了其制备方法，步骤依次包括：(1)制备镁合金铸棒；(2)棒料的均匀化：采用分级均匀化制度，将镁合金棒料加热并保温,然后升温再加热、保温进行均匀化处理；(3)镦挤复合变形：将棒料放入加热的镦挤复合模具中，经多次循环镦挤后得到高强韧变形态耐热稀土镁合金材料；(4)固溶、时效处理：热处理采用固溶时效处理并保温，出炉后采用热水淬火；待冷却到室温后进行时效并保温。本案制备出的镁合金质量好，尤其是能够在300℃温度下保持较强的力学性能。

技术领域

本发明涉及有色金属材料变形加工技术领域，属于金属材料技术领域，特别涉及一种高强Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金及其制备方法。

背景技术

运载火箭、航天飞机、战略导弹等航天与国防军工设备关乎国家安全和综合国力，大运力、高机动、低能耗、长寿命、可靠性、经济性和环保性已成为这些重大装备的重要发展趋势。而新型轻质材料的开发与应用是实现低能耗的关键，这直接影响到了承力结构的性能及使用寿命。镁合金作为最轻的轻质材料，在实现结构轻量化、减轻能源损耗方面具有着重要的意义。不过目前的商用镁合金铸造产品强度低、塑性差，力学性能相对较低，尤其是处于高温环境下，晶粒会出现明显的长大特征，影响其热稳定性，难以应用在重要的主承力构件中。

提高镁合金的有效方法之一是通过单独或组合添加稀土，如Gd、Y、Ce、Nd、Yb、Dy、Sn等。在Mg-RE合金中添加Zn，由于LPSO相的析出，能够显著提高合金的强度和塑性。Mg-RE-Zn合金是一类重要的高强耐热合金，具有优良的室温和高温性能，可适用于200-300℃下长期工作的零部件，在航空航天、交通运输、武器装备等领域具有广阔的应用前景。这主要是由于变形经过位错结构复杂的晶界后要消耗较大能量，能起到很好的强韧化作用，晶粒越小，晶界面积越大，则强韧化作用也越强。

重大装备的关键承力件的服役环境对于抗弯强度的要求较高。申请号为202010685440.0的中国专利公开了一种高强耐热稀土镁合金及其制备方法，该铸态合金均匀化热处理，并在热挤压及固溶时效后，可达到室温拉伸强度250MPa，200℃的抗拉强度190MPa；申请号为201910271180.X的中国专利公开了一种含铝的稀土镁合金及其制备方法，室温下的拉伸强度最高可达288MPa。但总而言之，以上稀土镁合金常温拉伸强度在300MPa以下，难以满足高性能大型镁合金主承力构件制造的要求。

AZ和AM两个系列的镁合金在汽车行业有着广泛的应用前景，具有较高的比强度，但是其绝对强度不高，尤其是当使用温度超过120℃时，合金的强度随温度的升高而大幅度下降，因此该类合金不宜在较高的温度下长时间使用。申请号为201410293056.0的中国专利公开了高强度镁合金材料及其制备方法，该铸态合金经过固溶时效后，可达到室温抗拉强度360MPa，屈服强度达到260MPa以上，断裂伸长率达到16％以上，但是该合金在高温环境下的力学性能相对较差，难以在航空航天领域广泛应用。

因此，同时满足强度和使用温度要求的新型高强Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金，尤其是能够在300℃温度下保持较强的力学性能，有待于进一步开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金，并提供其制备方法，制备出的镁合金质量好，尤其是能够在300℃温度下保持较强的力学性能。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种高强Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金，其化学组分按质量百分数包括：10.8～13.6％Gd、4.0～4.6％Y、1.8～2.2％Zn、0.4～0.6％Zr，余量为镁和不可避免的杂质元素。

优选的，所述高强Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金的化学组分按质量百分数为：12.0％Gd、4.5％Y、2.0％Zn、0.4％Zr，余量为镁和不可避免的杂质元素。