[发明专利]降低镁稀土合金高温固溶处理中晶粒显著粗化的方法

说明书

本发明公开了一种镁稀土合金高温固溶处理中晶粒尺寸显著粗化的解决方法。具体方案为在镁稀土合金中添加0.6～1.2质量百分比的稀土元素Ce。镁稀土合金中添加稀土元素Ce，铸造过程中会在晶界处形成Mg‑Ce相。高温固溶过程中，Mg‑Ce相不能完全固溶于基体中，能够钉扎在晶界上阻止高温下晶界的迁移，起到阻碍晶粒显著粗化的作用。

技术领域

本发明涉及一种金属结构材料领域的热处理优化方法，具体地说，涉及的是一种镁稀土合金高温固溶处理中晶粒尺寸显著粗化的解决办法，即一种阻止镁稀土合金固溶处理过程中晶粒显著粗化的方法。

背景技术

作为最轻的金属结构材料，镁合金具有比强度、比刚度高，减震性好等优点，广泛应用于航空航天、交通、3C领域等。Mg‐Gd‐Y系由于具有良好室温强度和耐热性能，近年来在航空航天领域获得了广泛的应用，如2016版的国家标准中的VW103Z合金：Mg‐10Gd‐3Y‐Zr(wt.％)合金。但这类合金在铸造后的高温固溶处理过程中，合金内部的晶粒尺寸通常会显著粗化或局部异常粗化，晶粒尺寸由原始铸造态下的30～60μm长大到100～200μm，甚至更大。晶粒尺寸粗化导致合金T6处理后强度和塑性低于标准值，特别是合金的室温塑性，通常仅在1.5～2.5％之间，难以满足高品质镁合金部件对塑性的要求，严重限制了Mg‐Gd‐Y合金的广泛应用。这类合金包括：《高强度耐热镁合金及其制备方法》(专利号：CN200510025251.6)公开的：Mg‐(6～15)Gd‐(1～6)Y‐(0.35～0.8)Zr‐(0～1.5)Ca镁稀土合金；《高强耐热稀土镁合金》(专利号：CN200610031169.9)公开的：Mg‐(2～10)Gd‐(3～12)Y镁稀土合金；《一种镁合金及其制备方法》(专利号：CN200610144003.8)公开的：Mg‐(7～11)Gd‐(2～5)Y‐(0～1.0)Zn‐(0.3～0.6)Zr镁稀土合金等。常规商业镁稀土合金WE43(Mg‐4Y‐2Nd‐1RE,wt.％)、WE54，中国牌号ZM6(Mg‐Nd‐Zn‐Zr)等镁稀土合金也存在类似问题：铸件在固溶处理过程中晶粒尺寸的显著粗化导致材料室温塑性低下，局部晶粒尺寸异常粗化危害更大。

发明内容

针对镁稀土合金的高温固溶处理中晶粒粗化的问题，本发明通过在合金中添加少量的Ce元素，在镁稀土合金的晶界处形成Mg‐Ce相，由于Ce在Mg中的最大固溶度较低，在高温固溶过程中Mg‐Ce相不能完全固溶于基体中，从而能够钉扎在晶界上阻止高温下晶界的迁移，起到阻止晶粒显著粗化的作用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种降低镁稀土合金高温固溶处理中晶粒显著粗化的方法，其包括如下步骤：将所述镁稀土合金熔化后，在700～740℃下加入Ce元素，精炼、静置和铸造后镁稀土合金中Ce元素的重量百分数为0.6～1.2％。

作为优选方案，所述Ce元素的添加形式为Mg‐Ce中间合金。

作为优选方案，所述镁稀土合金选自Mg‐10Gd‐3Y‐Zr合金、Mg‐3Nd‐0.2Zn‐Zr合金中的一种。

本发明采用Ce作为阻止镁稀土合金高温固溶处理中晶粒显著粗化的合金元素，主要是由于Ce元素在Mg中的最大固溶度为0.52wt％，Mg‐Ce的共晶温度为593℃，Ce在镁稀土合金凝固和后续固溶处理过程中能够起到如下作用：

(1)凝固过程中：在凝固过程中Ce与Gd、Y、Nd等稀土元素(RE)和Mg形成Mg‐RE化合物，由于常规凝固过程是一个非平衡过程，Ce元素能够较为均匀的分布在Mg‐RE化合物之中，即Mg‐Ce共晶相可以与Mg‐Gd、Mg‐Y、Mg‐Nd等共晶相共生。