CN110616356A

CN110616356A - 一种含Er镁合金及制备方法

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Publication number: CN110616356A
Application number: CN201910977555.4A
Authority: CN
Inventors: 崔烨; 张中武; 范明雨; 韩佳澍; 陈丹; 张洋; 孙利昕
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2019-12-27
Anticipated expiration: 2039-10-15
Also published as: CN110616356B

Abstract

本发明提供一种含Er镁合金及制备方法，其成为按照原子百分比组成为：Er 0.2‑2.0％、Y 0.2‑2.0％、Zn 0.2‑2.0％，其余为Mg和不可避免的杂质；包括如下步骤：熔炼、均匀化处理、变形、时效处理。本发明Er原子的加入可以调节长周期有序结构相的含量及其在镁合金中的分布，这种析出相可以阻止基面位错滑移，提高了合金的强度；LPSO相与镁基体相是共格关系，这会阻碍裂纹萌生，会提高合金的塑性；Er与镁有相近的原子半径，在Mg基体中加入Er能够起到很好的固溶强化效果；Er的加入也能够有效调整合金中W相及其分布，这些第二相均具有阻碍位错滑移的作用，因此Er的加入能够有效调控合金力学性能。

Description

一种含Er镁合金及制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金及制备方法，尤其涉及一种含Er镁合金及制备方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

镁合金作为目前最轻的工程金属材料,具有比强度、比刚度高,阻尼减振性好,电磁屏蔽和导热性能强,易切削加工和易于回收等一系列独特的优点,在航空航天、汽车和计算机、通信、消费类电子等现代工业中有着广泛的应用背景。但是,镁合金常常由于强度低、塑性差等原因严重限制了镁合金在生产生活中的广泛应用。因此,提高镁合金的塑性和强度是发展镁合金材料的重要方向。

通常情况下,合金强度的增加往往会伴随塑性的下降,因此很难同时获得高强度和高塑性的铸造镁合金。这是由于第二相粒子的存在，加剧了位错堆积，提高的合金强度，但是也促使了裂纹萌生，减少合金塑性。很大程度上限制了合金的工业应用。开发高塑性、高强度的铸造镁合金将成为镁合金研究工作的重点。

发明内容

本发明的目的是为了开发高塑性、高强度的铸造镁合金而提供一种含Er镁合金及制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种含Er镁合金，其成为按照原子百分比组成为：Er 0.2-2.0％、Y 0.2-2.0％、Zn0.2-2.0％，其余为Mg和不可避免的杂质。

一种含Er镁合金的制备方法，按照原子百分比组成为:Er 0.2-2.0％、Y 0.2-2.0％、Zn 0.2-2.0％，其余为Mg和不可避免的杂质，在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后浇铸合金锭或直接浇铸成铸件。

本发明还包括这样一些特征：

将合金锭或铸件均匀化处理，在300-550℃下均匀化退火0.5-20h；

将均匀化处理后的合金锭或铸件变形，变形温度为250℃-400℃，总变形率20-90％，可进行多次变形，随后淬火快速冷却；

变形之后进行时效处理：温度为150℃-300℃，时效时间为0.1-200h；

包括如下步骤：熔炼、均匀化处理、变形、时效处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在Mg-Y-Zn系合金基础上加入稀土元素Er，合金室温力学性能会显著提升，原因主要是以下几方面：首先，Er原子的加入可以调节长周期有序结构相的含量及其在镁合金中的分布，这种析出相可以阻止基面位错滑移，提高了合金的强度；其次，LPSO相与镁基体相是共格关系，这会阻碍裂纹萌生，会提高合金的塑性；再次，Er与镁有相近的原子半径，在Mg基体中加入Er能够起到很好的固溶强化效果；此外，Er的加入也能够有效调整合金中W相及其分布，这些第二相均具有阻碍位错滑移的作用，因此Er的加入能够有效调控合金力学性能。终上所述，加入Er元素并经过相应的热处理能够进一步提高Mg-稀土-Zn系合金的力学性能，可以达到同时获得高强高塑性的合金。

附图说明

图1是Mg97.5Y1Zn1Er0.5铸造态拉伸应力-应变曲线；

图2是Mg97.5Y1Zn1Er0.5铸造态的显微组织；

图3是Mg97Y1Zn1Er1铸造态的显微组织；

图4是Mg97.5Y1Zn1Er0.5铸造态520℃10h水冷处理后的显微组织。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

稀土元素Er在镁中有着较大的固溶度，在镁合金中添加适量的稀土元素Er，能起到良好的固溶强化作用；稀土的加入还能够有效改善合金组织及其微观结构，提高合金的室温与高温力学性能，增强镁合金的耐腐蚀性能；同时加入稀土元素还能够在镁合金中析出稳定的弥散相粒子，有很好的沉淀强化作用。此外,2001年，科学家在实验室制备出具有长周期堆垛结构相(long-period stacking ordered，LPSO)的Mg-Y-Zn合金，该合金表现出了极高的室温力学性能，随后大量的学者对长周期堆垛结构相进行了详细的研究，充分证明了长周期堆垛结构相可以不牺牲塑性的同时增加合金强度，这就为合金开发提供了新的思路。稀土元素Er满足形成LPSO相的标准条件，并且实验已经证实稀土元素Mg-Er-Zn合金存在LPSO相。本专利综合考虑上述因素，将稀土元素Er添加到镁合金中，在调控LPSO相结构和体积分数的基础上，进一步控制Er元素在Mg基体的固溶度，达到同时提高合金强度和塑性的目的。

目前，对于稀土元素Er在镁合金中应用的研究尚少。利用Er元素调控镁合金中的基体相成分同时调控LPSO相结构更是未见报道。如专利201811550142.X等研究了包括Er在内的稀土元素对于镁合金力学性能的影响，但均没有涉及Er对于镁合金基体相成分和LPSO相的调控，本发明提出将Er元素加入镁合金替代Mg-Y-Zn系合金中部分Y元素，有效调控合金基体相中固溶原子含量，同时调整LPSO相组成，保证高塑性的同时，同时提高合金强度的的作用。

本发明的目的在于针对现有技术的不足，在保证其强度的情况下，提供了一种高塑性铸造镁合金及其制备方法。其化学成分为(原子百分比)：Er 0.2-2.0％、Y 0.2-2.0％、Zn 0.2-2.0％，其余为Mg和不可避免的杂质。

上述含Er镁合金的制备方法，包括如下步骤：a.熔炼，b.均匀化处理，c.变形，d.时效处理。

a.熔炼：按照原子百分比组成为:Er 0.2-2.0％、Y 0.2-2.0％、Zn 0.2-2.0％，其余为Mg和不可避免的杂质，在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后浇铸合金锭或直接浇铸成铸件。

b.均匀化：将上述合金铸锭在300-550℃下均匀化退火0.5-20h。

c.变形：变形温度范围为250℃-400℃，总变形率20-90％，可进行多次变形，随后淬火快速冷却。

d.时效处理：温度范围为150℃-300℃，时效时间范围为0.1-200h。

实施例1

本实施例中的稀土镁合金化学成分，按原子百分比为：0.5％Er、1％Y、1％Zn，其余为Mg和不可避免的杂质。加入纯镁锭，炉温升至720～740℃并通入SF₆：CO₂体积比为1：200的保护气体，待镁锭完全融化后，撇去熔体表面浮渣，依次加入Mg-20Y中间合金、Mg-30Er中间合金，炉温升至750℃，中间合金加完全部熔化后，保温15～20min，浇注到提前预热的模具中浇铸成合金铸锭。其室温力学性能经测试：抗拉强度为234MPa，屈服强度为152MPa，延伸率为13％。

实施例2

本实施例中的稀土镁合金化学成分，按原子百分比为：1％Er、1％Y、1％Zn，其余为Mg和不可避免的杂质。加入纯镁锭，炉温升至720～740℃并通入SF₆：CO₂体积比为1：200的保护气体，待镁锭完全融化后，撇去熔体表面浮渣，依次加入Mg-20Y中间合金、Mg-30Er中间合金，炉温升至750℃，中间合金加完全部熔化后，保温15～20min，浇注到提前预热的模具中浇铸成合金铸锭。其室温力学性能经测试：抗拉强度为229MPa，屈服强度为147MPa，延伸率为17％。

实施例3

本实施例中的稀土镁合金化学成分，按原子百分比为：0.5％Er、1％Y、1％Zn，其余为Mg和不可避免的杂质。加入纯镁锭，炉温升至720～740℃并通入SF₆：CO₂体积比为1：200的保护气体，待镁锭完全融化后，撇去熔体表面浮渣，依次加入Mg-20Y中间合金、Mg-30Er中间合金，炉温升至750℃，中间合金加完全部熔化后，保温15～20min，浇注到提前预热的模具中浇铸成合金铸锭。将上述合金在520℃保温10h。然后水冷。本实施例中的稀土镁合金，经测试，其室温力学性能为抗拉强度为229MPa，屈服强度为145MPa，延伸率为25％。

实施例4

本实施例中的稀土镁合金化学成分，按原子百分比为：1％Er、1％Y、1％Zn，其余为Mg和不可避免的杂质。加入纯镁锭，炉温升至720～740℃并通入SF₆：CO₂体积比为1：200的保护气体，待镁锭完全融化后，撇去熔体表面浮渣，依次加入Mg-20Y中间合金、Mg-30Er中间合金，炉温升至750℃，中间合金加完全部熔化后，保温15～20min，浇注到提前预热的模具中浇铸成合金铸锭。将上述合金在520℃保温10h。然后水冷。本实施例中的稀土镁合金，经测试，其室温力学性能为抗拉强度为239MPa，屈服强度为155MPa，延伸率为27％。

实施例5

本实施例中的稀土镁合金化学成分，按原子百分比为：1％Er、1％Y、1％Zn，其余为Mg和不可避免的杂质。加入纯镁锭，炉温升至720～740℃并通入SF₆：CO₂体积比为1：200的保护气体，待镁锭完全融化后，撇去熔体表面浮渣，依次加入Mg-20Y中间合金、Mg-30Er中间合金，炉温升至750℃，中间合金加完全部熔化后，保温15～20min，浇注到提前预热的模具中浇铸成合金铸锭。将上述合金在520℃保温10h。然后水冷。然后400℃预热一小时，然后进行轧制，累计压下量60％。然后水冷。然后进行性能测试。

综上所述：本发明公开了一种含Er镁合金及其制备方法。其化学成分为(原子百分比)：Er 0.2-2.0％、Y 0.2-2.0％、Zn 0.2-2.0％，其余为Mg和不可避免的杂质。其制备方法包括如下步骤：熔炼；均匀化；变形；时效处理。其制备方法为按照合金元素设计成分配料后，在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后铸造合金锭或直接浇铸成铸件，随后按照实际需求选择性进行均匀化、变形、时效处理。本发明在长周期有序结构增强Mg-Y-Zn系镁合金力学性能的基础上，将Er元素加入镁合金替代Mg-Y-Zn系合金中部分Y元素，有效调控合金基体相中固溶原子含量，同时调整LPSO相组成，起到调控镁合金力学性能的作用。通过设计元素含量和制备工艺。并通过均匀化、变形、时效处理控制Er在基体相中的含量、长周期有序结构增强相类型、形貌及分布，从而实现对于合金微观组织结构的控制，达到同时提高镁合金的室温强度和塑形的目的。

Claims

1.一种含Er镁合金，其特征是，其成为按照原子百分比组成为：Er 0.2-2.0％、Y 0.2-2.0％、Zn 0.2-2.0％，其余为Mg和不可避免的杂质。

2.一种含Er镁合金的制备方法，其特征是，按照原子百分比组成为:Er 0.2-2.0％、Y0.2-2.0％、Zn 0.2-2.0％，其余为Mg和不可避免的杂质，在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后浇铸合金锭或直接浇铸成铸件。

3.根据权利要求2所述的含Er镁合金的制备方法，其特征是，将合金锭或铸件均匀化处理，在300-550℃下均匀化退火0.5-20h。

4.根据权利要求2所述的含Er镁合金的制备方法，其特征是，将均匀化处理后的合金锭或铸件变形，变形温度为250℃-400℃，总变形率20-90％，可进行多次变形，随后淬火快速冷却。

5.根据权利要求2所述的含Er镁合金的制备方法，其特征是，变形之后进行时效处理：温度为150℃-300℃，时效时间为0.1-200h。

6.根据权利要求2所述的含Er镁合金的制备方法，其特征是，包括如下步骤：熔炼、均匀化处理、变形、时效处理。