[发明专利]一种高强度Mg‑Y‑Ni‑Zr合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，涉及一种合金，具体来说是一种高强度Mg-Y-Ni-Zr合金及其制备方法。

背景技术

镁的弹性模量比较小，在受力作用下能产生较大的变形，因而镁合金在冲击载荷作用下，能吸收较大的冲击能，可制造承受冲击的零件。镁及其合金作为最轻的常用金属结构材料，已受到人们越来越多的关注，并已在国防军工、航空航天、高速轨道交通、电子通讯等领域得到了一定程度的应用。但是，由于镁合金强度低，还难以大量应用于承载结构件，尤其是变形镁合金的应用量仍远远落后于钢铁和铝合金，其室温力学性能明显不足，已经严重的制约了其进一步的应用。

CN201310250222.4公开了“一种高强镁合金及其制备方法”其各组成成份的质量百分含量分别是:Cd:1.0～15.0％,Bi:2.0～10.0％,Zn:5.0～13.0％,Y:7.0～15.0％,Zr:0.4～1.0％,Nb:0.1～5.0％,杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02％,余量为Mg。以Cd、Bi、Zn、Y、Nb和Zr多种元素复合达到强化效果，其获得的最好力学性能是Mg-1.0Cd-2.0Bi-7.0Zn-15.0Y-0.8Zr-1.2Nb铸造合金双级时效态在室温下的抗拉强度450MPa，屈服强度380MPa，伸长率10％。但是，其所使用的Cd毒性较大，对人体危害严重。而且，铸造采用低频电磁油滑半连续铸造方法，需严格控制电磁场频率、磁场强度、铸造速度、冷却水量等工艺参数，熔炼过程中还大量使用覆盖剂和精炼剂。由于配方复杂，元素使用繁多，增加了制备难度，限制了其使用性能和应用范围，更增加了合金成本。

CN201010219696.9公开了“一种强力变形制备超高强镁合金棒材的方法”，该镁合金的成份含量为：Gd:6～13％，Y:2～6％，Zr:0.3～0.8％，其余为Mg及不可去除的杂质元素。该专利合金铸造态经坯料预变形成棒材，再利用快速强力变形配合等温时效方法制备，室温最好力学性能数据是抗拉强度615MPa，但是延伸率仅有1.1％。该发明涉及预变性和强力快速压缩变形，会增加合金制备难度，并且该合金延伸率较低。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种高强度Mg-Y-Ni-Zr合金及其制备方法，所述的这种高强度Mg-Y-Ni-Zr合金及其制备方法要解决现有技术中的镁合金强度低、工艺复杂、成本高的技术问题。

本发明提供了一种高强度Mg-Y-Ni-Zr合金，由Mg元素、Y元素、Ni元素和Zr元素组成，各元素的质量百分含量如下：

Y 5.0％～12.5％；

Ni2.0％～6.0％；

Zr0.4％～1.0％；

余量为镁。

进一步的，在上述高强度Mg-Y-Ni-Zr合金中，

各元素的质量百分含量如下：

Y 10.2％；

Ni4.4％；

Zr0.45％；

余量为镁。

进一步的，在上述高强度Mg-Y-Ni-Zr合金中，

Y 7.8％；

Ni3.4％；

Zr0.59％；

余量为镁。

本发明还提供了上述的一种高强度Mg-Y-Ni-Zr合金的制备方法，包括如下步骤：

1)按照各元素的质量百分含量计算需要原料的重量，所述的原料采用工业纯镁、Y-Ni中间合金、Mg-Zr中间合金；

2)先熔炼工业纯镁和Y-Ni中间合金，工业纯镁和Y-Ni中间合金熔融后再添加Mg-Zr中间合金，待合金电磁感应搅拌均匀后静置，熔炼过程在真空下进行，然后浇铸得到合金铸锭；

3)将步骤2)获得的合金铸锭加入热处理炉中，然后升温至540℃±10℃后，待铸锭热透后随即停炉降温至430℃～450℃，待铸锭表里温度一致后再次进行升温至540±10℃和降温至430～450℃，经过三次循环退火后，再将制好的铸锭坯料在挤压机上进行挤压，挤压温度400℃±10℃，挤压比为11，挤压速度恒定，得到挤压态合金；

4)对步骤3)经变形加工后的挤压态合金进行人工时效处理，在人工时效处理的过程中，先进行时效温度180℃、保温时间25±2小时的一级时效处理，随即进行时效温度220℃、保温时间10小时的二级时效处理，而后空冷，制得高强度Mg-Y-Ni-Zr合金。