[發明專利]耐疲勞抗蠕變鎂合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202110281331.7
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113151720B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 霍慶歡;王春雨;楊續躍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C23/04;C22C23/06;C22F1/06
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 朱偉雄

本發明公開一種耐疲勞抗蠕變鎂合金，按質量百分數計，所述鎂合金含X元素和0.05％～0.5％的Y元素，所述X元素為鉍、鋅和釹中的一種或多種，所述X元素中一種元素的添加量為其在鎂基體中固溶極限的40％～100％，其他元素添加量≤1％；所述Y元素為鈣、錳和鋯中的任意一種；所述鎂合金的晶粒內部含孿晶，且孿晶界處含無析出帶。本發明還公開了一種耐疲勞抗蠕變鎂合金的制備方法。該鎂合金耐疲勞性能和抗蠕變性能優良，該制備方法工藝設計合理、設備要求簡單、操作方便、成本低、效率高，能夠穩定制備出晶粒內部含孿晶且孿晶界處含無析出帶的微觀結構進而耐疲勞和抗蠕變性能得到改善的鎂合金。

技術領域

本發明屬于鎂合金及加工技術領域，涉及一種耐疲勞抗蠕變的鎂合金及其制備方法，具體涉及的是一種晶粒內部含孿晶且孿晶界處含無析出帶的鎂合金及其制備方法。

背景技術

鎂合金是目前最理想的輕量化結構材料，在航天飛行器、艙體桁架和民用客機座椅等航空航天領域有著巨大的應用潛力。然而，鎂合金在中低溫交變載荷作用下的耐疲勞性能還不能滿足主承力結構件的性能標準，較低的疲勞極限使其無法達到理想的服役壽命，造成應用過程中的安全隱患和生產成本的增加。同時，鎂合金在中高溫恒定載荷作用下的抗蠕變性能也不能滿足發熱部件的承載需求，較低的蠕變抗力極易使其迅速發生劇烈變形，影響發熱部件與其它結構件間的安全結合，引起服役過程中的危害。

然而，常用的晶粒細化、固溶強化、析出強化和加工硬化等手段均不能同時增強鎂合金的耐疲勞和抗蠕變性能。而且，近年來國內外開發出的高合金化鎂合金雖能提高靜態載荷下的強度，卻不能有效改善動態載荷下的耐疲勞和抗蠕變性能，更無法抑制鎂合金沿晶界出現的無析出帶，晶界處含無析出帶的晶粒高達30％甚至以上，在中低溫交變載荷和中高溫恒定載荷作用下，裂紋會優先于“強度弱區”的無析出帶形成并擴展。

發明內容

本發明要解決的問題是克服現有技術的不足，提供一種耐疲勞抗蠕變性能優良的鎂合金及其制備方法，該鎂合金耐疲勞性能和抗蠕變性能優良，該制備方法工藝設計合理、設備要求簡單、操作方便、成本低、效率高，能夠穩定制備出晶粒內部含孿晶且孿晶界處含無析出帶的微觀結構從而使鎂合金同時具備耐疲勞和抗蠕變的特性。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

本發明將有害的晶界無析出帶轉變為有益的孿晶界無析出帶，實現同時增強鎂合金在中低溫交變載荷下的耐疲勞性能與在中高溫恒定載荷下的抗蠕變性能，滿足航天工程的迫切需求。

耐疲勞抗蠕變鎂合金，按質量百分數計，含X元素和0.05％～0.5％的Y元素，所述X元素為鉍、鋅、釹中的一種或多種，所述X元素中一種元素的添加量是其在鎂基體中固溶極限的40％～100％，其他元素添加量≤1％；所述Y元素為鈣、錳、鋯中的任意一種；余量為鎂和不可避免的雜質；所述鎂合金的晶粒內部含孿晶，且孿晶界處含無析出帶。

優選地，所述的鎂合金70％以上的晶粒內部含孿晶，且孿晶界處含無析出帶，而晶界處含無析出帶的晶?！?0％，更高密度的孿晶能更好地強化鎂合金，更高密度的孿晶界處的無析出帶能更好地釋放應力集中、促進應力均勻分布，并大幅減少晶界處的無析出帶；進一步優選，所有晶粒的晶界處都不含無析出帶，這能夠最大程度地減少強度弱區。

優選地，所述孿晶的一側孿晶界或兩側孿晶界含無析出帶，所述無析出帶寬度與所述孿晶寬度的比值為0.05～0.7。進一步優選，只有一側的孿晶界處含無析出帶，無析出帶寬度與孿晶寬度的比值為0.05～0.7，或兩側的孿晶界處都含無析出帶，無析出帶寬度之和與孿晶寬度的比值0.05～0.7，低于該比值則無法有效緩解孿晶界處的應力集中、無法促進應力均勻分布，高于該比值則會降低孿晶界的強化作用。

優選地，所含X元素為鉍、鋅和釹中的任意一種，并且該元素的質量百分數是其在鎂基體中固溶極限的50～95％，單一元素能在應變時效過程中形成更多的析出相，元素利用率更高、成本更低。