[發明專利]一種具有室溫高塑性定向凝固的鎂稀土合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201910322227.0
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109930046B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 趙圣詩;林小娉;周兵;孫衡;董允;程子健;張祝群
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;陳玲玉

本發明提供一種具有室溫高塑性定向凝固的鎂稀土合金及其制備方法，屬于合金材料技術領域。本方法利用定向凝固技術，在溫度梯度400K/cm和凝固速率70μm/s對Mg?6.00～6.60Gd?0.50～0.56Y wt.％合金進行定向凝固，制備了晶體生長取向為具有胞狀亞結構一次臂間距約為120μm的柱狀晶組織。本發明制備的定向凝固鎂稀土合金的室溫抗拉強度為102MPa，斷后延伸率為35.66％。

技術領域

本發明屬于合金材料技術領域，具體涉及一種具有室溫高塑性定向凝固的鎂稀土合金及其制備方法。

背景技術

Mg-Gd-Y合金由于Gd在鎂中高達23.49wt.％(548℃)的平衡固溶度常被作為一種高強耐熱鎂合金應用于航空航天等領域。但作為金屬結構材料，Mg-Gd-Y合金的強度有余但塑性不足。為提高鎂合金塑性，人們在技術和理論方面進行了有意的研究與探索，主要集中在如下兩個研究方向：1)激活能提供5個獨立滑移系的c+a錐面滑移，如升高變形溫度、添加稀土元素和Li，細化晶粒等。2)改變鎂合金塑性成型路徑，引入適當的剪切變形改變基面取向分布，提高塑性等，如ECAP的大塑性變形、異步軋制、反復疊軋等變形工藝。這些研究對象均為晶粒取向隨機分布的多晶鎂合金，依據多晶體形變特點，按照Taylor模型(全約束模型)，形變時晶界處約束條件為5個，即研究的基本出發點為需要5個獨立滑移系才可協調這一復雜的邊界條件。

柱狀晶組織具有類似雙晶體(按照部分約束模型，在形變時其晶界處的約束條件減少至3個)的幾何特征，其晶界約束條件較普通多晶組織少，將有利于晶界變形的協調。謝(謝建新,王宇,黃海友.連續柱狀晶組織銅及銅合金的超延展變形行為與塑性提高機制[J].中國有色金屬學報,2011,21(10):2324-2336.)等研究連續柱狀Cu合金超延展性變形行為時就認為柱狀晶組織的高取向性、平直的低能小角度晶界是其塑性提升、具有超延展變形能力的主要原因。但FCC結構的Cu，室溫下獨立的滑移系就有12個。因而從理論上預期減少晶界約束條件的柱狀晶組織對室溫下僅有2個獨立滑移系的HCP結構鎂合金塑性提升將更具有深刻意義。

發明內容

本發明旨在提供一種具有室溫高塑性定向凝固的鎂稀土合金及其制備方法，以提高鎂合金的性能。

本發明的技術方案：

一種具有室溫高塑性定向凝固的鎂稀土合金，該鎂稀土合金主要以純鎂、Mg-30Gd、Mg-30Y中間合金為原料，按Gd為6.00～6.60％、Y為0.50～0.56％、余量為鎂的質量百分比，采用定向凝固技術制備獲得。

一種具有室溫高塑性定向凝固的鎂稀土合金的制備方法，具體過程如下：

(1)準備原料：純度99.99％的純鎂、Mg-30Gd(wt.％)和Mg-30Y(wt.％)中間合金；其中，各原料按質量百分比計：Gd為6.00～6.60％，Y為0.50～0.56％，余量為鎂；

(2)將原料分割成小塊，將分塊的原料置于中頻感應加熱爐石墨坩堝中，抽真空，充保護氣，開啟熔煉系統與保溫系統，進行熔煉得到合金液；

(3)將所得合金液澆入配有水冷系統及下拉系統的石墨套中，石墨套完全置于保溫系統中，澆完即開啟下拉系統的伺服電機，合金液即從石墨套底端連接水冷系統的銅制激冷臺處開始凝固，伺服電機帶動石墨套以恒定速度拉出保溫系統；通過調整熱擋板厚度、冷卻液液面至激冷臺位置、冷卻介質來調整固/液界面前沿的溫度梯度，使合金液至下而上定向凝固，通過控制伺服電機下拉速度來控制凝固速度，使具有特定取向的晶粒擇優生長，最終得到具有柱狀晶組織的鎂稀土合金。

所述步驟(2)中，真空度為0.05Pa，保護氣為Ar。

所述步驟(3)中，激冷臺溫度恒定2℃。

所述步驟(3)中，固/液界面前沿的溫度梯度為400K/cm；凝固速度為70μm/s。