[发明专利]一种基于18R长周期相超细化增强的高强韧镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于18R长周期相超细化增强的高强韧镁合金及其制备方法，其包括如下步骤：A、将Mg‑Y‑Zn合金挤压坯进行切割，然后通过连续等通道转角挤压加工，获得18R长周期相中形成大量扭折带的块体材料；B、从上述块体材料中切割出直径为5～15mm的合金棒，合金棒的长度方向平行于等通道转角挤压方向；对合金棒进行多道次热拉拔加工，获得18R长周期相超细化并均匀分散的高强韧镁合金。本发明利用等通道转角挤压实现了18R长周期相的预扭折，并利用后续大应变多道次热拉拔使长周期相从扭折带断裂细化，获得了18R长周期相超细化并均匀分布，显著提高了合金的强度和塑性。

技术领域

本发明属于镁合金加工技术领域，涉及一种基于18R长周期相超细化增强的高强韧镁合金及其制备方法，具体涉及一种采用等通道转角挤压和后续热拉拔加工制备基于18R长周期相超细化增强的高强韧镁合金及其制备方法。

背景技术

长周期堆垛有序结构相（简称长周期相）增强的镁稀土合金具有高强度、高塑性和良好的耐热性能，是最具应用潜力的新一代高性能镁合金材料。目前已研究和开发的长周期相增强镁合金主要包括三种合金体系：Mg-Y-Zn系，Mg-Gd-Zn系和Mg-Gd-Y-Zn系。其中Mg-Gd-Y-Zn系合金的性能最好，如Xu等人开发的挤压+时效处理的Mg-8.2Gd-3.8Y-1Zn-0.4Zr（wt%）合金，其抗拉强度和屈服强度分别为514 MPa和466 MPa，同时具有良好的塑性，延伸率为14.5%（C. Xu, et al. Metallurgical and Materials Transactions A, 49 (2008)1931-1947）。然而，Mg-Gd-Y-Zn系合金要想获得高强度，其稀土元素的含量通常需要高于10wt%，以获得强烈的时效强化效果。而高含量稀土元素的添加，既增加了合金的密度，也提高了合金的成本，阻碍了该类合金系的工业化发展和应用。

Mg-Y-Zn系列是最早发现可以形成长周期相的合金系。根据加工手段和热处理条件的不同，该合金系中主要存在两种长周期相，一种是位于晶界的网状（铸态合金中）或块状（变形态合金中）的18R长周期相，另一种是位于晶粒内部互相平行的层片状14H长周期相。现有的研究表明，18R长周期相的强化效果优于14H长周期相。然而，通过热挤压、热轧制以及等通道转角挤压等剧烈塑性加工技术制备的Mg-Y-Zn合金，其强度普遍低于Mg-Gd-Y-Zn合金系列，主要原因之一是Mg-Y-Zn合金难以通过时效析出的方式获得强化。

在最初利用快速凝固粉末冶金（RS/PM）的制备方法获得的长周期相增强Mg₉₇Y₂Zn₁（at%）合金，其室温拉伸屈服强度和延伸率分别达到610 MPa和5%（Y. Kawamura, et al.Materials Transactions, 42(2001) 1172-1176），远高于后续采用传统塑性加工以及剧烈塑性加工的方法获得的Mg-Y-Zn合金。通过对两类合金的微观结构对比可以发现，RS/PM镁合金中的晶粒尺寸为100～200 nm，18R长周期相的颗粒尺寸也是200 nm左右；而采用传统塑性加工制备的Mg-Y-Zn合金中，18R长周期相颗粒的长度远大于20 μm。因18R长周期相具有良好的塑性，在塑性加工时可产生扭折变形，即使采用细化效果显著的剧烈塑性加工技术也难以获得有效细化的18R长周期相。通过上述分析可知，开发能够实现长周期相的细化技术是该类合金系性能提高的关键。

因此，为了实现利用18R长周期相的超细化来显著提高Mg-Y-Zn合金的高强韧性，本发明提出了一种基于18R长周期相超细化增强的高强韧镁合金的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于18R长周期相超细化增强的高强韧镁合金及其制备方法。

本发明采用的技术方案为：一种基于18R长周期相超细化增强的高强韧镁合金的制备方法，该方法包括如下步骤：