[发明专利]具有拉压对称性的高性能镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有拉压对称性的高性能镁合金及其制备方法，步骤为：1将纯镁锭预热，接着升温至280℃，保护气氛下放入纯镁锭；2升温至750℃将纯镁锭融化，依次放入中间合金，各元素比例为：14.0‑15.5％Gd、2.8‑3.6％Zn、0.5‑0.8％Zr、0.5‑1.5％Nd、0.3‑0.6％Ti、0.1‑0.5％Mn、其余为Mg；3搅拌、除渣、静置后浇注到模具中；4空冷后脱模，然后油冷；5固溶处理；6加热至100‑120℃，保温14‑16h后空冷至室温，实现一级时效；然后加热至180‑200℃，保温12‑14h后空冷至室温，获得二级时效铸件。本发明的镁合金具有突出的拉压对称性，且强度高。

技术领域

本发明涉及一种镁合金，特别涉及一种具有拉压对称性的高性能镁合金。本发明还涉及一种具有拉压对称性的高性能镁合金的制备方法，属于轻量化金属结构材料技术领域。

背景技术

目前，汽车、轨道交通、航空航天等事业的蓬勃发展导致能源消耗和环境污染日趋严重。镁作为最重要的轻金属元素之一，也是一种新型的绿色环保材料，它的密度仅1.74g/cm³，在所有金属结构材料中是最轻便的，能够有效减少能源消耗和环境污染。镁合金与传统钢铁材料相比具有密度低，良好的成型性、减震性，出色的导电导热性能和良好的尺寸稳定性，在汽车、轨道交通、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

随着我国航空航天技术的迅速发展，镁合金也在强击机、直升机、导弹、卫星等产品上逐步得到推广和应用。目前铸造镁合金已经用于制造飞机和导弹的蒙皮和框架、直升机尾减速机匣、歼击机翼肋等重要零件。在镁合金应用于飞机机翼上的框架、翼肋时，由于飞行过程中机翼的受力情况极其复杂，因此需要这些部件在力学性能上具备各向同性。这就需要应用在此的镁合金具有拉压对称性，以保证零件在受到各种方向的载荷时仍然保持良好的力学稳定性。这些部件外形复杂，无法变形加工成形，需要铸造直接成形。但普通的铸态镁合金较挤压态镁合金相比性能较差，其屈服强度较低。常见的镁合金铸件强化方法有合金化、热处理。

已有研究发现在合金中适量加入Gd和Zn元素可以生成层片状结构，进而提高合金力学性能(参考文献：S.Q.Yin,Z.Q.Zhang,X.Liu,Q.C.Le,Q.Lan,L.Bao,J.Z.Cui.Effectsof Zn/Gd ratio on the microstructures and mechanical properties of Mg-Zn-Gd-Zr alloys[J].Materials Science and Engineering:A,2017,695:135-143)。铸态Mg-12Gd-2Zn-xNd-0.4Zr(x＝0,0.5,and 1wt.％)合金(参考文献：L.X.Hong,R.X.Wang,X.B.Zhang.Effects of Nd on microstructure and mechanical properties of as-cast Mg-12Gd-2Zn-xNd-0.4Zr alloys with stacking faults[J].InternationalJournal of Minerals,Metallurgy and Materials,https://doi.org/10.1007/s12613-021-2264-8)中存在LPSO结构，LPSO结构分布在晶粒边缘，在合金变形时阻碍位错运动，提高了合金的抗拉强度。并且加入Nd后，合金的力学性能略微上升。

对镁合金进行热处理可以明显提高合金的力学性能，有研究对铸态ZM6镁合金进行T6热处理(辛北平.双级时效对ZM6镁合金组织和性能的影响[D].哈尔滨理工大学，2015)，时效处理为双级时效，能够在组织中形成细小弥散分布的析出强化相，提高合金的抗拉强度与延伸率。在固溶处理时可以使合金以较快的升温速率到达固溶温度，能够调控合金组织中晶粒的尺寸，并且晶粒周围的Gd与Zn含量增多，易于形成LPSO结构，增加LPSO结构的体积分数，在合金变形时阻碍位错运动，从而提高合金的力学性能。