鑄態(tài)鎂-釓-釔-釹-鋯稀土鎂合金構(gòu)件的塑性變形方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開鑄態(tài)鎂-釓-釔-釹-鋯稀土鎂合金構(gòu)件的塑性變形方法，步驟是：(1)鑄態(tài)組織均勻化處理；(2)多向鍛造階梯溫度反復(fù)預(yù)變形；(3)模鍛熱成形；(4)模鍛冷整形；(5)人工時(shí)效熱處理；(6)人工時(shí)效冷處理。本發(fā)明專利技術(shù)利用多向鍛造階梯溫度反復(fù)預(yù)變形細(xì)化晶粒后，大幅度提高性能，再結(jié)合熱模鍛和冷模鍛的工藝進(jìn)行成形，使成形零件各部位的組織和性能相接近，避免了采用擠壓工藝時(shí)零件存在各向異性的缺點(diǎn)，采用較小的設(shè)備就可以成形出高強(qiáng)度的耐熱鎂-釓-釔-釹-鋯(Mg-Gd-Y-Nd-Zr)鎂合金零件，節(jié)省能源；解決鑄造的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金晶粒粗大，成形性能低的問題，實(shí)現(xiàn)了Mg-Gd-Y-Nd-Zr鎂合金成形與強(qiáng)韌化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，提高了產(chǎn)品性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及稀土鎂合金構(gòu)件的塑性變形方法，特別是鑄態(tài)Mg-Gd-Y-Nd-Zr (鎂-釓-釔-釹-鋯)稀土鎂合金構(gòu)件的塑性變形方法。
技術(shù)介紹
鎂合金是目前工業(yè)上可應(yīng)用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、比剛度高、尺寸穩(wěn)定的特點(diǎn)，也有電磁屏蔽性好以及良好的切削加工性能、充型流動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)。但是一般鎂合金的高溫強(qiáng)度低、耐熱性差，當(dāng)溫度升高，特別是在573 723K時(shí)，鎂合金的強(qiáng)度和抗蠕變性能大幅度下降，使它難以作為關(guān)鍵零件材料在航天、航空和汽車等對(duì)節(jié)能減排有迫切要求的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。稀土元素具有特殊的價(jià)電子結(jié)構(gòu)，一些重稀土元素在鎂中具有較大的固溶度，能形成有效的強(qiáng)化相，具有顯著時(shí)效強(qiáng)化特性，可大幅度提高鎂合金的室溫和高溫力學(xué)性能。因此，高性能稀土鎂合金的研究成為鎂合金發(fā)展的重要方向。常用的耐熱鎂合金系列有很多，其中Mg-RE(鎂-稀土)系合金耐熱性能最好。對(duì)Mg-Gd(鎂-釓)系合金的研究始于20世紀(jì)80年代，研究發(fā)現(xiàn)含有Y(釔)和重稀土元素Gd(釓)的鎂合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能、抗高溫蠕變性能以及耐腐蝕性能，作為一種輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)在航空航天和高性能賽車領(lǐng)域得到成功的應(yīng)用。目前含稀土元素Y、Nd(釔、釹)的 WE43 (鎂-4. O % 釔-3. 3 % 釹-O. 5 % 鋯)，WE54 (鎂-5. I % 釔-3. 3 % 釹-O. 5 %鋯)合金是國外使用較多的耐熱鎂合金，其耐熱溫度可達(dá)350°C。Drits(多瑞特(中文音譯人姓名))等提出Mg-Gd(鎂-釓)系合金中添加Y能夠進(jìn)一步提高合金的高溫性能；日本長崗技術(shù)科學(xué)大學(xué)的Anyamni(安彥武(中文音譯人姓名))等于2001年試制出Mg-Gd-Y-Zr (鎂-釓-釔-鋯)系合金，它具有非常優(yōu)秀的力學(xué)性能和高溫強(qiáng)度，其性能明顯優(yōu)于WE54和WE43合金，具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于加入了大量昂貴的Gd，Y等稀土元素，使其使用成本較高，若進(jìn)一步提高其力學(xué)性能，則可以降低單位使用成本，合金將進(jìn)一步得到推廣應(yīng)用。對(duì)于該系合金，一般要求熱變形加工，與普通鎂合金相比，耐熱、高強(qiáng)的稀土鎂合金的變形有更大的困難，擠壓過程中很容易產(chǎn)生開裂。稀土鎂合金中第二相的強(qiáng)、硬化效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的鎂合金中第二相，尤其是稀土化合物熱穩(wěn)定性高對(duì)變形過程中基體的塑性流變阻礙作用大。多向鍛造大塑性變形能強(qiáng)烈細(xì)化組織，在多向鍛造形變中材料隨外加載荷軸向旋轉(zhuǎn)變化而不斷被壓縮和拉長，通過反復(fù)變形達(dá)到細(xì)化晶粒、改善性能的效果，使材料力學(xué)性能得到很大提高。同時(shí)由于外加載荷軸變化使得鍛件各方向變形程度和力學(xué)性能相同，避免了擠壓、軋制等其它常規(guī)成形工藝通常出現(xiàn)的各向異性。Zherebt sov(朱爾博特.蘇瑞(中文音譯人姓名))等通過多向鍛造工藝制備了具有均勻超細(xì)晶結(jié)構(gòu)的大尺寸Ti26A124V(鈦-26鋁-24釩)鍛坯，其力學(xué)性能優(yōu)越，同時(shí)各個(gè)方向性能相當(dāng)，徑向和切向的強(qiáng)度差異在2 %以內(nèi)，伸長率和斷面收縮率一致。湖南大學(xué)陳振華等對(duì)AZ80 (材料牌號(hào))鎂合金進(jìn)行多向反復(fù)熱鍛，達(dá)到了較好細(xì)化晶粒的效果，同時(shí)材料的綜合力學(xué)性能得到較大提高，鍛壓7個(gè)道次，其材料硬度、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大，分別為87. 3HB、258. 78MPa和345. 04MPa,是鍛前試樣的I. 43倍和2倍，伸長率是鍛前的2. 45倍。多向鍛造技術(shù)中主要通過控制變形溫度、累積應(yīng)變量、道次應(yīng)變量、應(yīng)變速率等因素，使亞晶粒尺寸隨累積應(yīng)變量變化逐漸細(xì)化。并且隨著累積應(yīng)變量的增加，在高應(yīng)變下形成具有大角度晶界的新晶粒，材料組織得到充分細(xì)化。這種變形方式對(duì)材料變形時(shí)的流變應(yīng)力行為和顯微組織演變有很大影響。因此，成形該類零件前，采用多向鍛造工藝進(jìn)行預(yù)變形，使晶粒細(xì)化，對(duì)于該類稀土含量高的鎂合金構(gòu)件的順利成形至關(guān)重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對(duì)鑄態(tài)Mg-Gd-Y-Nd-Zr (鎂-釓-釔-釹-鋯)稀土鎂合金塑性成形時(shí)所遇到的初始晶粒度大的問題，提出鑄態(tài)Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金的細(xì)晶強(qiáng)化的成形工藝，即鑄態(tài)Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金構(gòu)件的塑性變形方法。 實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案是鑄態(tài)Mg-Gd-Y-Nd-Zr (鎂-釓-釔-釹-鋯)稀土鎂合金構(gòu)件的塑性變形方法，步驟是(I)鑄態(tài)組織均勻化處理將鑄態(tài)Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金坯件置于加熱爐中，在一定溫度下保溫一定時(shí)間以進(jìn)行均勻化處理，以消除Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金組織中嚴(yán)重的枝晶偏析和共晶組織，提高材料的變形性；(2)多向鍛造階梯溫度反復(fù)預(yù)變形將上述⑴步均勻化處理后的鑄態(tài)Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金坯件進(jìn)行多道次多向鍛造變形，鍛造方式采用在鍛造過程中載荷軸向不斷旋轉(zhuǎn)變化，并且隨變形道次的增加，變形量逐漸減小，變形溫度逐漸降低，控制總的累積應(yīng)變量到一定的變形程度；(3)模鍛熱成形將上述(2)步預(yù)變形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金鍛件在模具中進(jìn)行模鍛熱成形，模鍛熱成形的溫度較上述(2)步中最后一次預(yù)變形溫度降低30 50 0C ；(4)模鍛冷整形將上述(3)步模鍛熱成形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金鍛件在模具中再進(jìn)行一次冷整形，一方面對(duì)工件進(jìn)行形狀的校正，另一方面加速過飽和固溶體的分解，進(jìn)一步起到形變強(qiáng)化的作用；(5)人工時(shí)效熱處理將上述(4)步模鍛冷整形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金鍛件直接進(jìn)行人工時(shí)效熱處理；(6)人工時(shí)效冷處理將上述(5)步熱處理后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金鍛件進(jìn)行控制冷卻處理，冷卻溫度均為時(shí)效溫度以下。優(yōu)選的，在實(shí)施上述(2)步之前增加一步控制冷卻將上述(I)步均勻化處理后的鑄態(tài)Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金坯件先進(jìn)行冷卻。優(yōu)選的，在實(shí)施上述(3)步之前增加一步控制冷卻將上述(2)步預(yù)變形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金鍛件先進(jìn)行冷卻。優(yōu)選的，在實(shí)施上述(4)步之前增加一步控制冷卻將上述(3)步模鍛熱成形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金鍛件先進(jìn)行冷卻。本專利技術(shù)突出的實(shí)質(zhì)性特征和顯著的效果是(I)利用多向鍛造階梯溫度反復(fù)預(yù)變形細(xì)化晶粒后，大幅度提高性能，再結(jié)合熱模鍛和冷模鍛的工藝進(jìn)行成形，使成形零件各部位的組織和性能相接近，避免了采用擠壓工藝時(shí)零件存在各向異性的缺點(diǎn)，采用較小的設(shè)備就可以成形出高強(qiáng)度的耐熱Mg-Gd-Y-Nd-Zr鎂合金零件，節(jié)省能源。(2)解決鑄造的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金晶粒粗大,成形性能低的問題,實(shí)現(xiàn)了Mg-Gd-Y-Nd-Zr鎂合金成形與強(qiáng)韌化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，提高了產(chǎn)品性能。附圖說明下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I是本專利技術(shù)的鑄態(tài)Mg-9Gd-4Y-lNd_0. 4Zr稀土鎂合金多向鍛造前的均勻化熱處理曲線；圖2是本專利技術(shù)的鑄態(tài)Mg-9Gd-4Y-lNd_0. 4Zr稀土鎂合金多向鍛造階梯溫度反復(fù)預(yù)成形方法示意圖； 圖3-1是本專利技術(shù)的鑄態(tài)Mg-9Gd-4Y-lNd_0. 4Zr稀土鎂合金多向鍛造前初始截面示意圖；圖3-2是本專利技術(shù)的鑄態(tài)Mg-9Gd-4Y-lNd_0. 4Zr稀土鎂合金多向鍛造過程中的截面變化示意圖一；圖3-3是本專利技術(shù)的鑄態(tài)Mg-9Gd-4Y-lNd_0. 4Z本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
鑄態(tài)鎂?釓?釔?釹?鋯稀土鎂合金構(gòu)件的塑性變形方法，其特征在于：步驟是：(1)鑄態(tài)組織均勻化處理：將鑄態(tài)Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土鎂合金坯件置于加熱爐中，在一定溫度下保溫一定時(shí)間以進(jìn)行均勻化處理，以消除Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土鎂合金組織中嚴(yán)重的枝晶偏析和共晶組織，提高材料的變形性；(2)多向鍛造階梯溫度反復(fù)預(yù)變形：將上述(1)步均勻化處理后的鑄態(tài)Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土鎂合金坯件進(jìn)行多道次多向鍛造變形，鍛造方式采用在鍛造過程中載荷軸向不斷旋轉(zhuǎn)變化，并且隨變形道次的增加，變形量逐漸減小，變形溫度逐漸降低，控制總的累積應(yīng)變量到一定的變形程度；(3)模鍛熱成形：將上述(2)步預(yù)變形后的Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土鎂合金鍛件在模具中進(jìn)行模鍛熱成形，模鍛熱成形的溫度較上述(2)步中最后一次預(yù)變形溫度降低30～50℃；(4)模鍛冷整形：將上述(3)步模鍛熱成形后的Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土鎂合金鍛件在模具中再進(jìn)行一次冷整形，一方面對(duì)工件進(jìn)行形狀的校正，另一方面加速過飽和固溶體的分解，進(jìn)一步起到形變強(qiáng)化的作用；(5)人工時(shí)效熱處理：將上述(4)步模鍛冷整形后的Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土鎂合金鍛件直接進(jìn)行人工時(shí)效熱處理；(6)人工時(shí)效冷處理：將上述(5)步熱處理后的Mg?Gd?Y?Nd?Zr稀土鎂合金鍛件進(jìn)行控制冷卻處理，冷卻溫度均為時(shí)效溫度以下。...

【技術(shù)特征摘要】
1.鑄態(tài)鎂-釓-釔-釹-鋯稀土鎂合金構(gòu)件的塑性變形方法，其特征在于步驟是 (1)鑄態(tài)組織均勻化處理將鑄態(tài)Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金坯件置于加熱爐中，在一定溫度下保溫一定時(shí)間以進(jìn)行均勻化處理，以消除Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金組織中嚴(yán)重的枝晶偏析和共晶組織，提聞材料的變形性； (2)多向鍛造階梯溫度反復(fù)預(yù)變形將上述(I)步均勻化處理后的鑄態(tài)Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金坯件進(jìn)行多道次多向鍛造變形，鍛造方式采用在鍛造過程中載荷軸向不斷旋轉(zhuǎn)變化，并且隨變形道次的增加，變形量逐漸減小，變形溫度逐漸降低，控制總的累積應(yīng)變量到一定的變形程度； (3)模鍛熱成形將上述(2)步預(yù)變形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金鍛件在模具中進(jìn)行模鍛熱成形，模鍛熱成形的溫度較上述(2)步中最后一次預(yù)變形溫度降低30 50°C ； (4)模鍛冷整形將上述(3)步模鍛熱成形后的Mg-Gd-Y-Nd-Zr稀土鎂合金鍛件在模具中再進(jìn)行一次冷整形，一方面對(duì)工件進(jìn)行形狀的校正，另一方面加速...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張治民，于建民，馬志剛，王強(qiáng)，張星，楊明輝，張寶紅，胡慧敏，崔亞，徐東宏，魏建中，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中北大學(xué)，北京航天新風(fēng)機(jī)械設(shè)備有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：