[发明专利]一种预时效制备高强韧稀土镁合金的方法

说明书

本发明涉及一种预时效制备高强韧稀土镁合金的方法，包括以下步骤：(1)制坯；(2)固溶处理；(3)预时效处理：将固溶处理后的坯体在温度150℃‑300℃进行45‑500h预时效处理后，获得峰时效坯体；(4)挤压变形前准备：将挤压模具和预时效处理后的坯体分别加热至挤压变形温度并保温；(5)挤压：对坯体进行挤压变形；制备得到的预时效挤压态稀土镁合金的屈服强度不低于370MPa，抗拉强度不低于460MPa，同时延伸率不低于8％，甚至达到10.4％，兼具高强度和高延展性；所述稀土镁合金的平均晶粒尺寸小于10μm的细小再结晶晶粒所占百分比为85vol％以上。

技术领域

本发明属于镁合金技术领域，具体涉及一种通过将预时效引入变形之前的工艺获得高强韧变形稀土镁合金的方法。

背景技术

随着航空航天、国防军工以及汽车等领域的快速发展，高性能以及轻量化的金属构件的需求越来越广泛。镁合金作为最轻的结构用金属材料，其具有高比强度、比刚度、易于切削加工和易回收等特点；但铸态镁合金强度低、塑性差以及难成型等缺点严重限制了镁合金的广泛应用。

目前来说，提高镁合金强度的方法主要为晶粒细化和添加稀土元素。由于溶解度以及原子半径等因素，添加稀土元素能够形成大量稀土强化相，显著提高力学性能。比如，当温度为548℃时，Gd、Y元素在Mg中的溶解度为23.5wt.％；而温度下降到200℃时，其溶解度只有3.8wt.％，这表明Gd、Y等稀土元素在镁合金中的溶解度受温度影响很大，导致时效过程中析出了大量稀土强化相。针对于Gd、Y稀土元素的以上特性，关于Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的研究都与铸态稀土镁合金的固溶时效行为或变形镁合金的时效行为有关。但是由于大量硬脆析出相的析出虽然可以提高合金的强度，但是却显著降低合金的延展性。

专利CN112090978A“一种高强韧镁合金丝材及其制备工艺”提出了在镁合金变形前通过梯度预热处理来达到坯料加热均匀的目的(镁合金的热导率相对较低)，具体通过梯度升温方式，配合合理的升温速率，使镁合金坯料加热温度均匀，改善了镁合金坯料的塑性，但没有涉及到第二相的演变机制及控制手段；专利CN109594028A“一种高性能变形稀土镁合金增韧的形变热处理方法”提出了在变形前对镁合金进行高温预退火处理，大量粗大(1μm)Mg5RE相在变形过程中发生破碎从而通过粒子激发形核机制促进了再结晶行为，提高了再结晶百分比，尽管改善了合金的延展性却降低了强度，这是因为变形完成后仍存在的粗大颗粒第二相会在一定程度上恶化强度和延展性。此外，为了面对不同的应用场景来定制合金的性能也具有重要意义。

因此，基于以上研究背景和需求，亟需一种热处理工艺来调控稀土镁合金的综合力学性能，获得兼具高强度和高延展性的稀土镁合金。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提出了一种针对于稀土镁合金的热处理工艺，增强了晶粒细化程度，改善了合金的综合力学性能，获得了兼具高强度和高延展性的稀土镁合金。

具体地，该热处理工艺在变形之前对铸态稀土镁合金进行预时效处理，析出大量密集强化相，该密集强化第二相与变形过程中的位错运动和晶界滑移的交互作用显著影响了合金的再结晶机制显著。

为了实现上述目的，本发明的技术方案之一是提供了一种制备高强韧稀土镁合金的方法，包括以下步骤：

(1)制坯；

(2)固溶处理：对步骤(1)所得坯体进行固溶处理后，水冷至室温；

(3)预时效处理：将步骤(2)固溶处理后的坯体在温度150℃-300℃、优选175℃-250℃进行预时效处理，其中每隔一定时间将坯体取出进行室温水冷，然后进行硬度测试，直至硬度达到最高值，该硬度最高的坯体为峰时效坯体，获得峰时效坯体的处理时间即为预时效处理时间，所述预时效处理时间为45-500h，优选47-400h，更优选64-256h；