[發明專利]具有拉壓對稱性的高性能鎂合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202111030243.6
• 申請日: 2021-09-03
• 公開（公告）號: CN113699422A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 章曉波;洪立鑫;汪榮香;巴志新;成家林;李旋;解立帥;蔡洪
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 南京德銘知識產權代理事務所(普通合伙) 32362
• 代理人: 奚鎏

本發明公開了一種具有拉壓對稱性的高性能鎂合金及其制備方法，步驟為：1將純鎂錠預熱，接著升溫至280℃，保護氣氛下放入純鎂錠；2升溫至750℃將純鎂錠融化，依次放入中間合金，各元素比例為：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、其余為Mg；3攪拌、除渣、靜置后澆注到模具中；4空冷后脫模，然后油冷；5固溶處理；6加熱至100?120℃，保溫14?16h后空冷至室溫，實現一級時效；然后加熱至180?200℃，保溫12?14h后空冷至室溫，獲得二級時效鑄件。本發明的鎂合金具有突出的拉壓對稱性，且強度高。

技術領域

本發明涉及一種鎂合金，特別涉及一種具有拉壓對稱性的高性能鎂合金。本發明還涉及一種具有拉壓對稱性的高性能鎂合金的制備方法，屬于輕量化金屬結構材料技術領域。

背景技術

目前，汽車、軌道交通、航空航天等事業的蓬勃發展導致能源消耗和環境污染日趨嚴重。鎂作為最重要的輕金屬元素之一，也是一種新型的綠色環保材料，它的密度僅1.74g/cm³，在所有金屬結構材料中是最輕便的，能夠有效減少能源消耗和環境污染。鎂合金與傳統鋼鐵材料相比具有密度低，良好的成型性、減震性，出色的導電導熱性能和良好的尺寸穩定性，在汽車、軌道交通、航空航天等領域具有廣泛的應用前景。

隨著我國航空航天技術的迅速發展，鎂合金也在強擊機、直升機、導彈、衛星等產品上逐步得到推廣和應用。目前鑄造鎂合金已經用于制造飛機和導彈的蒙皮和框架、直升機尾減速機匣、殲擊機翼肋等重要零件。在鎂合金應用于飛機機翼上的框架、翼肋時，由于飛行過程中機翼的受力情況極其復雜，因此需要這些部件在力學性能上具備各向同性。這就需要應用在此的鎂合金具有拉壓對稱性，以保證零件在受到各種方向的載荷時仍然保持良好的力學穩定性。這些部件外形復雜，無法變形加工成形，需要鑄造直接成形。但普通的鑄態鎂合金較擠壓態鎂合金相比性能較差，其屈服強度較低。常見的鎂合金鑄件強化方法有合金化、熱處理。

已有研究發現在合金中適量加入Gd和Zn元素可以生成層片狀結構，進而提高合金力學性能(參考文獻：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)。鑄態Mg-12Gd-2Zn-xNd-0.4Zr(x＝0,0.5,and 1wt.％)合金(參考文獻：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結構，LPSO結構分布在晶粒邊緣，在合金變形時阻礙位錯運動，提高了合金的抗拉強度。并且加入Nd后，合金的力學性能略微上升。

對鎂合金進行熱處理可以明顯提高合金的力學性能，有研究對鑄態ZM6鎂合金進行T6熱處理(辛北平.雙級時效對ZM6鎂合金組織和性能的影響[D].哈爾濱理工大學，2015)，時效處理為雙級時效，能夠在組織中形成細小彌散分布的析出強化相，提高合金的抗拉強度與延伸率。在固溶處理時可以使合金以較快的升溫速率到達固溶溫度，能夠調控合金組織中晶粒的尺寸，并且晶粒周圍的Gd與Zn含量增多，易于形成LPSO結構，增加LPSO結構的體積分數，在合金變形時阻礙位錯運動，從而提高合金的力學性能。