本發(fā)明涉及一種利用反常孿晶改善稀土鎂合金疲勞性能的方法，具體涉及的是一種通過預(yù)變形處理預(yù)置反常孿晶調(diào)控組織來改善稀土鎂合金疲勞性能的方法，屬有色金屬材料失效與保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

稀土鎂合金在交通工具、航空航天等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。其正在逐步替代鋁合金作為次承力件甚至主承力件應(yīng)用于汽車或飛行器上。近年來，盡管眾多國(guó)家和企業(yè)都相繼投入巨資研究開發(fā)高強(qiáng)韌稀土鎂合金材料，但相比于鋁合金，其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程還難以達(dá)到預(yù)期效果，其中循環(huán)受載時(shí)疲勞性能差成為限制其服役應(yīng)用的主要瓶頸之一。不同于普通鎂合金，稀土鎂合金的疲勞損傷，尤其高周循環(huán)受載時(shí)的疲勞損傷，主要源自交滑移的大量發(fā)生?，F(xiàn)有研究主要通過不斷加大稀土元素的添加，利用固溶及時(shí)效處理等手段引入析出相抑制交滑移，常用稀土鎂合金件中稀土的比重高達(dá)12～18wt.％。然而稀土元素的大量添加所引入的析出相，在疲勞過程中后期由于應(yīng)力集中，反而會(huì)成為裂紋萌生的源頭。另一方面，在選擇高強(qiáng)韌稀土鎂合金成分設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化方案時(shí)，應(yīng)將材料的循環(huán)利用也考慮在內(nèi)，其關(guān)鍵在于簡(jiǎn)化合金成分和牌號(hào)、減少有害、稀有和貴重元素的添加。同時(shí)，加重稀土元素的添加不僅增大了合金密度，也使得生產(chǎn)成本增高。預(yù)計(jì)今后鎂合金研發(fā)的趨勢(shì)也將由傳統(tǒng)的重視“成分和合金化”逐步向重視“組織優(yōu)化工藝”轉(zhuǎn)變。因此，需要一種簡(jiǎn)單、成本低、能有效改善稀土鎂合金疲勞性能的組織調(diào)控工藝及方法來推廣稀土鎂合金的服役應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種工藝設(shè)計(jì)合理、設(shè)備要求簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、有效改善稀土鎂合金疲勞性能的方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種利用反常孿晶改善稀土鎂合金疲勞性能的方法，包括：

在15～300℃下沿基面易滑移方向，即沿與基面法向呈15～80°的方向?qū)ο⊥伶V合金進(jìn)行預(yù)變形處理，變形量由該合金的屈服點(diǎn)決定，真應(yīng)變?yōu)?.0005～0.1，通過預(yù)變形向稀土鎂合金中預(yù)置{10-12}反常孿晶，利用反常孿晶對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的釘扎作用，抑制稀土鎂合金疲勞過程中位錯(cuò)的交滑移，從而提高疲勞極限、延長(zhǎng)疲勞壽命，改善疲勞性能；所述的反常孿晶是相對(duì)正常{10-12}孿晶而言的，正常孿晶指幾何上認(rèn)為與晶?；娣ㄏ虺?°拉伸或與其呈90°壓縮時(shí)產(chǎn)生的{10-12}孿晶；而沿與基面法向呈15～75°的方向?qū)ο⊥伶V合金進(jìn)行拉伸或壓縮時(shí)，出現(xiàn)的{10-12}孿晶則為{10-12}反常孿晶。

本發(fā)明一種利用反常孿晶改善稀土鎂合金疲勞性能的方法，所述預(yù)變形處理是采用預(yù)拉伸、壓縮、彎曲中的一種或至少一種處理方式。

本發(fā)明一種利用反常孿晶改善稀土鎂合金疲勞性能的方法，所述預(yù)變形溫度范圍25～300℃，預(yù)變形速率范圍0.001～0.3s^-1，預(yù)變形量由該合金的屈服點(diǎn)決定，真應(yīng)變?yōu)?.002～0.05。

本發(fā)明一種利用反常孿晶改善稀土鎂合金疲勞性能的方法，所述預(yù)變形的加載方向應(yīng)沿基面易滑移的方向，具體是指與基面法向呈15～60°的方向。

本發(fā)明一種利用反常孿晶改善稀土鎂合金疲勞性能的方法，所述稀土鎂合金選自mg-re系、mg-re-zn系合金。

本發(fā)明提供的一種利用反常孿晶改善稀土鎂合金疲勞性能的方法，有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明工藝無需加重稀土的添加，重點(diǎn)在于對(duì)現(xiàn)有組織的調(diào)控，適用材料廣泛，環(huán)保成本低，生產(chǎn)效率高；利用簡(jiǎn)單小變形方式在現(xiàn)有組織中預(yù)置反常孿晶，設(shè)備要求簡(jiǎn)單、操作方便；

2、幾何上認(rèn)為與晶粒(0001)基面法向呈0°拉伸或與其呈90°壓縮時(shí)產(chǎn)生的{10-12}孿晶為正常{10-12}孿晶，這種正常孿晶導(dǎo)致鎂合金加工軟化，對(duì)疲勞性能不利；相反，當(dāng)與基體基面法向呈15～75°加載時(shí)，無論拉伸或者壓縮，基面都易滑移，正常孿晶難以出現(xiàn)，但是為協(xié)調(diào)滑移引起的不均勻剪切應(yīng)變，在這些易基面滑移的晶粒中會(huì)出現(xiàn)不遵循{10-12}正常孿生條件的{10-12}反常孿晶；

3、反常孿晶能有效抑制位錯(cuò)的交滑移，導(dǎo)致加工硬化，有利于提升屈服應(yīng)力，擴(kuò)大循環(huán)加載范圍；

4、相比析出相及正常孿晶，反常孿晶在疲勞受載過程與基體的相容性要更好，能引起應(yīng)變硬化，對(duì)材料基體的損傷也相對(duì)較小。

5、經(jīng)過預(yù)變形處理預(yù)置反常孿晶后，稀土鎂合金的疲勞性能提升，疲勞壽命增長(zhǎng)，疲勞極限強(qiáng)度提高至少50％。

綜上所述，本發(fā)明工藝合理，流程簡(jiǎn)單，操作方便，成本低，效率高，對(duì)稀土鎂合金疲勞性能改善效果要更加明顯，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1(a)為本發(fā)明實(shí)施例1中mg-1.5gd合金熱軋板預(yù)置反常孿晶后組織的取向分布圖；圖1(b)為本發(fā)明實(shí)施例1中mg-1.5gd合金熱軋板含反常孿晶晶粒的(0001)基面極圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中有無預(yù)置反常孿晶mg-1.5gd合金熱軋板的應(yīng)力幅-循環(huán)次數(shù)曲線對(duì)比圖；

圖3(a)為本發(fā)明實(shí)施例2中鑄造態(tài)mg-6gd-3y-1zn-0.4zr合金預(yù)置反常孿晶后組織的取向分布圖；圖3(b)為本發(fā)明實(shí)施例2中mg-6gd-3y-1zn-0.4zr合金含反常孿晶晶粒的(0001)基面極圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中有無預(yù)置反常孿晶鑄造態(tài)mg-6gd-3y-1zn-0.4zr合金的應(yīng)力幅-循環(huán)次數(shù)曲線對(duì)比圖；

圖5(a)為本發(fā)明實(shí)施例3中mg-2y合金熱軋板預(yù)置反常孿晶后組織的取向分布圖；圖5(b)為本發(fā)明實(shí)施例3中mg-2y合金熱軋板含反常孿晶晶粒的(0001)基面極圖；

圖6(a)為本發(fā)明實(shí)施例3中有無預(yù)置反常孿晶mg-2y合金熱軋板的應(yīng)力幅-循環(huán)次數(shù)曲線對(duì)比圖；圖6(b)為本發(fā)明實(shí)施例3中有無預(yù)置反常孿晶mg-2y合金熱軋板在半壽命時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變磁滯曲線對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例利用原材料為mg-1.5gd合金熱軋板。經(jīng)過430℃均勻化退火5h后，平均晶粒尺寸約為120μm?；陔娮颖成⑸溲芗夹g(shù)對(duì)晶粒取向進(jìn)行分析，根據(jù)取向分布結(jié)果選取加載方向。在300℃下，沿與基面法向夾角15～60°方向?qū)υ撛嚰M(jìn)行預(yù)拉伸處理，壓縮速率為0.003s^-1，應(yīng)變量約為0.005～0.05。

拉后試件組織取向分布圖如圖1(a)所示，根據(jù)反常孿晶的判據(jù)，含有孿晶晶?；w的(0001)基面極圖作出并對(duì)其區(qū)域進(jìn)行劃分，其中l(wèi)d(loadingdirection)為預(yù)變形的加載應(yīng)力方向(垂直紙面方向)，td(transversedirection)為與加載方向呈90°的橫向，沿著ld拉伸時(shí)，1為正常孿晶區(qū)，2為反常孿晶區(qū)，如圖1(b)所示。從圖3(b)可知，加載方向與這些晶粒的(0001)基面法向夾角主要集中在15～60°，符合15～75°反常孿晶判據(jù)，沿此方向拉伸時(shí)出現(xiàn)的孿晶為反常孿晶?？梢耘袛噙@些晶粒內(nèi)出現(xiàn)的孿晶為{10-12}反常孿晶。

在室溫下對(duì)其疲勞性能進(jìn)行測(cè)試，所得應(yīng)力幅-循環(huán)次數(shù)曲線對(duì)比圖如圖2所示，對(duì)比二者的應(yīng)力幅-循環(huán)次數(shù)曲線可知，預(yù)置反常孿晶的mg-1.5gd合金試件，在同一應(yīng)力幅下的循環(huán)次數(shù)要大于未預(yù)置反常孿晶試件。例如在應(yīng)力幅為70mpa的循環(huán)載荷下，預(yù)置反常孿晶使得試件的疲勞壽命從140000次提高到450000次，提升約3倍左右。同時(shí)，預(yù)置反常孿晶后，試件的疲勞極限也從30mpa提高到了60mpa，提升100％。預(yù)置反常孿晶能有效改善其疲勞性能。

實(shí)施例2

本實(shí)施例利用原材料為鑄造態(tài)mg-6gd-3y-1zn-0.4zr合金。平均晶粒尺寸約為60μm。在25℃，0.03s^-1下沿著與基面法向夾角15～60°方向?qū)υ撛嚰M(jìn)行預(yù)壓縮處理，應(yīng)變量約為0.01～0.03。

基于電子背散射衍技術(shù)對(duì)拉伸后試件的晶粒取向進(jìn)行分析，得到取向分布圖3(a)，將含有孿晶晶?；w的(0001)基面極圖作出并對(duì)其區(qū)域進(jìn)行劃分，沿著ld方向壓縮(垂直紙面方向)預(yù)變形處理后，3為正常孿晶區(qū)，4為反常孿晶區(qū)，如圖3(b)所示。從圖3(b)可知，加載方向與這些晶粒的(0001)基面法向夾角主要集中在在15～60°，符合15～75°反常孿晶判據(jù)，沿此方向壓縮時(shí)出現(xiàn)的孿晶為反常孿晶。

在室溫下對(duì)其疲勞性能進(jìn)行測(cè)試，所得應(yīng)力幅-循環(huán)次數(shù)曲線對(duì)比圖如圖4所示，對(duì)比二者的應(yīng)力幅-循環(huán)次數(shù)曲線可知，預(yù)置反常孿晶的mg-6gd-3y-1zn-0.4zr合金試件，在同一應(yīng)力幅下的循環(huán)次數(shù)要大于未預(yù)置反常孿晶試件。同時(shí)，預(yù)置反常孿晶后，試件的疲勞極限從100mpa提高到了150mpa，提升50％。預(yù)置反常孿晶能有效改善其疲勞性能。

實(shí)施例3

本實(shí)施例利用原材料為mg-2y鎂合金熱軋板，經(jīng)過450℃均勻化退火2h后，平均晶粒尺寸約為120μm。在150℃對(duì)其進(jìn)行預(yù)反復(fù)彎曲處理。由于反復(fù)彎曲變形方式的特殊性，中性層兩側(cè)的組織在反復(fù)彎曲過程中會(huì)先后受到兩個(gè)相反方向的載荷。應(yīng)選取合適的彎曲方式，保證其晶?；媾c加載方向呈15～60°，累計(jì)應(yīng)變量約為0.002～0.04。

對(duì)預(yù)變形處理后的組織取向分布圖5(a)進(jìn)行分析并將含有孿晶晶粒的(0001)基面極圖圖5(b)作出并劃分區(qū)域，圖5(b)中5為反復(fù)彎曲過程中，沿ld方向拉伸或壓縮時(shí)(垂直紙面方向)，所對(duì)應(yīng)的正常孿晶區(qū)，6則是反常孿晶區(qū)。由圖5(b)可以看出，這些晶粒的(0001)基面法向與加載方向的夾角主要集中在在15～60°，符合15～75°反常孿晶判據(jù)，無論是拉伸還是壓縮，在這些晶粒中產(chǎn)生的孿晶都為反常孿晶。

在室溫下對(duì)其疲勞性能進(jìn)行測(cè)試，所得應(yīng)力幅-循環(huán)次數(shù)曲線對(duì)比圖和其在疲勞極限強(qiáng)度下半壽命時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變磁滯曲線對(duì)比圖如圖6所示。對(duì)比二者的應(yīng)力幅-循環(huán)次數(shù)曲線(圖6(a))可知，預(yù)置反常孿晶的mg-2y合金試件，在同一應(yīng)力幅下的循環(huán)次數(shù)要大于未預(yù)置反常孿晶試件，試件的疲勞極限也從30mpa提高到了50mpa，提升67％。同時(shí)，預(yù)置反常孿晶后的半壽命時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變磁滯曲線相對(duì)較窄，所圍成的面積相對(duì)較小(圖6(b))。這意味著循環(huán)過程中所消耗應(yīng)變能小，疲勞損傷較小。預(yù)置反常孿晶能有效改善其疲勞性能。