本發(fā)明涉及一種高稀土含量鎂合金，特別涉及一種強(qiáng)度和塑性拉壓同性的高稀土元素含量鎂合金棒材及其制備方法，屬于金屬材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、鎂合金被譽(yù)為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，對(duì)汽車、3c和航空航天等設(shè)備減重有不可替代的作用，而添加稀土元素的鎂合金具有更高的高溫強(qiáng)度。

2、中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)“一種耐熱鑄造鎂合金材料熱處理方法”(cn201811041410.5)，此專利通過(guò)設(shè)計(jì)連續(xù)均勻化和多級(jí)時(shí)效處理，其實(shí)施例中mg-10.5gd-2.5y-1.5nd-0.1zn-0.5zr合金室溫抗拉強(qiáng)度365mpa，延伸率為4.5％，300℃時(shí)抗拉強(qiáng)度為225mpa,延伸率為18％。然而，由于鎂合金為密排六方結(jié)構(gòu)，孿生會(huì)開啟以協(xié)調(diào)位錯(cuò)滑移，在室溫下拉伸和壓縮對(duì)孿生的影響不同，從而導(dǎo)致拉伸和壓縮條件下，鎂合金的強(qiáng)度和塑性呈現(xiàn)較為顯著的不對(duì)稱性。作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，只能選擇拉伸或者壓縮中最差的性能作為使用標(biāo)準(zhǔn)，這限制了鎂合金的應(yīng)用。

3、中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)cn202311425543.3公開了一種消除鎂合金拉壓不對(duì)稱制備加工方法，該專利通過(guò)快速凝固制備超細(xì)晶，減弱了鎂合金的拉壓不對(duì)稱性。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)cn201310552197.5公開了一種改善鎂合金拉壓不對(duì)稱性的加工方法，該專利通過(guò)扭轉(zhuǎn)可獲得強(qiáng)度和拉壓不對(duì)稱性有很大改善的鎂合金。但上述專利中僅關(guān)注鎂合金強(qiáng)度的拉壓對(duì)稱性，而未有研究拉伸和壓縮斷后延伸率的差異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決鎂合金嚴(yán)重強(qiáng)度和塑性拉壓不對(duì)稱性的問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)添加gd、y、zr、ag和nd元素的變形稀土鎂合金棒材，該合金可以滿足航空航天、汽車等領(lǐng)域?qū)p質(zhì)鎂合金結(jié)構(gòu)材料的要求。

2、本發(fā)明的第二個(gè)目的是在于提供一種強(qiáng)度和塑性拉壓同性的高稀土元素含量鎂合金棒材的制備方法，通過(guò)慢速熱擠壓為合金提供了足夠的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)間，從而降低鎂合金的嚴(yán)重拉壓不對(duì)稱性。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種強(qiáng)度和塑性拉壓同性的高稀土元素含量鎂合金棒材的制備方法，該方法是按設(shè)計(jì)的鎂合金組分配比，稱取各組分，將鎂、鎂釓中間合金、鎂釔中間合金、銀、鎂鋯中間合金和鎂釹中間合金在sf6保護(hù)氣氛下依次進(jìn)行熔煉和澆鑄，得到鑄錠；所述鑄錠經(jīng)過(guò)均勻化處理和連續(xù)擠壓，即得鎂合金棒材；

4、所述鎂合金棒材由以下成分按質(zhì)量百分比計(jì)組成：gd：10～12％，y：1～2％，zr：0.01～0.5％，ag：0.01～0.5％，nd：0.01～0.5％，且稀土元素總質(zhì)量含量≥12％；雜質(zhì)元素al≤0.01％，fe≤0.04％，mn≤0.02％，雜質(zhì)元素總含量不超過(guò)0.1％，其余為mg。進(jìn)一步優(yōu)選為gd：11.5～12％，y：1～1.7％，zr：0.01～0.37％，ag：0.01～0.5％，nd：0.01～0.39％，且稀土元素總質(zhì)量含量≥12％；雜質(zhì)元素al≤0.01％，fe≤0.04％，mn≤0.02％，雜質(zhì)元素總含量不超過(guò)0.1％，其余為mg。在進(jìn)一步優(yōu)選的合金成分范圍內(nèi)，所制備的鎂合金棒材具有最佳的拉壓同性，且塑性和強(qiáng)度也較高。

5、本發(fā)明的技術(shù)方案的關(guān)鍵在于通過(guò)成分上的設(shè)計(jì)和制備方法上的結(jié)合，具體為：本發(fā)明在鎂合金中通過(guò)添加gd和y元素可以提高鎂合金力學(xué)性能，同時(shí)弱化擠壓變形后的基面織構(gòu)(0001基面)，減弱各向異性和拉壓不對(duì)稱性，而ag和zr元素可以在鑄造階段細(xì)化合金晶粒，微量nd元素的添加可以在鑄造階段提高鎂合金力學(xué)性能，同時(shí)，添加gd、y和nd稀土元素的協(xié)同添加可以提高鎂合金的室溫強(qiáng)度。此外，成分需要結(jié)合本發(fā)明對(duì)工藝參數(shù)的控制，本發(fā)明的制備上主要采用慢速熱擠壓為合金提供了足夠的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)間，同時(shí)通過(guò)采用擠壓過(guò)程中引入剪切應(yīng)力，可以增加晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度，使晶粒取向發(fā)生變化，從而打破鎂合金中的基面織構(gòu)。

6、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在制備過(guò)程中采用sf6作為保護(hù)氣氛，能夠有效防止鎂合金在熔煉過(guò)程中的氧化。sf6能夠在鎂合金表面形成一層致密的保護(hù)膜，主要由mgo和mgf2構(gòu)成，這些膜層能夠有效隔離氧氣和鎂合金的接觸，從而減緩或阻止鎂的氧化。

7、同時(shí)，在本發(fā)明中，各金屬元素的用量也需要控制，尤其是zr、ag、nd三種元素的用量，若其用量過(guò)高時(shí)，反而會(huì)造成鎂合金的延伸率嚴(yán)重下降。

8、作為一種優(yōu)選的方案，所述鎂、銀的純度大于99.9％。

9、作為一種優(yōu)選的方案，所述熔煉過(guò)程中先加入鎂升溫至770～800℃，再加入鎂釓中間合金、鎂釔中間合金和銀，完全融化后再加入鎂鋯中間合金和鎂釹中間合金保溫30～40min，并在750～760℃下精煉。

10、作為一種優(yōu)選的方案，所述熔煉后靜置30～40min進(jìn)行澆鑄；所述澆鑄的下拉速度為2～10cm/min。本發(fā)明在熔煉后通過(guò)靜置一段時(shí)間可以充分去除熔體中的氣體，改善鎂合金的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能，減少鑄件中的氣孔和顯微疏松現(xiàn)象。作為一種優(yōu)選的方案，所述均勻化處理的條件為：先升溫到300～320℃并保溫10～12h，隨后升溫到480～500℃并繼續(xù)保溫10～12h，隨后立刻水淬。

11、作為一種優(yōu)選的方案，所述連續(xù)擠壓的條件為：溫度為400～450℃，保溫20～30min，連續(xù)擠壓比大于10，擠壓速度為0.1～0.2m/s，且連續(xù)擠壓后立刻進(jìn)行水淬。在本發(fā)明的合金成分和用量范圍內(nèi)，提高擠壓比可以進(jìn)一步細(xì)化合金晶粒，提高力學(xué)性能；而慢速擠壓有利于擠壓過(guò)程中充分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，得到無(wú)畸變的均勻組織。同時(shí)擠壓溫度影響合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的速度，適當(dāng)?shù)奶岣邤D壓溫度，有利于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。進(jìn)一步優(yōu)選為擠壓比為16～20:1，溫度為420～450℃，更進(jìn)一步優(yōu)選擠壓比為20:1，在進(jìn)一步的優(yōu)選范圍內(nèi)，所述合金的拉壓伸屈服強(qiáng)度比為1.08～1.12，拉壓斷后延伸率比為1.04～1.29。

12、本發(fā)明還提供了一種強(qiáng)度和塑性拉壓同性的高稀土元素含量鎂合金棒材，由上述制備方法得到。通過(guò)本發(fā)明的制備方法和成分設(shè)計(jì)得到的鎂合金棒材除了mg5gd析出相強(qiáng)化合金外，mg24y5和mg3ag等析出相也可以有效強(qiáng)化合金。

13、作為一種優(yōu)選的方案，本發(fā)明的高稀土元素含量鎂合金棒材的晶粒尺寸為2.4～3.2μm。通過(guò)本發(fā)明的制備方法得到的鎂合金棒材的晶粒尺寸細(xì)小且分布范圍窄，而細(xì)小的晶粒能夠有效阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可以促進(jìn)晶界滑移作為塑性變形的機(jī)制，因而可以給鎂合金帶來(lái)強(qiáng)度和塑性的雙重提升。

14、作為一種優(yōu)選的方案，所述拉壓伸屈服強(qiáng)度比為0.91～1.12，拉壓斷后延伸率比為1.04～1.29。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

16、(1)本發(fā)明所的合金室溫下拉壓伸屈服強(qiáng)度比最高可達(dá)1.08，拉壓斷后延伸率比最高可達(dá)1.04。

17、(2)本發(fā)明中通過(guò)連續(xù)擠壓降低基面織構(gòu)，連續(xù)擠壓通過(guò)在擠壓過(guò)程中引入剪切應(yīng)力，可以打破鎂合金中的基面織構(gòu)(0001基面)。在擠壓過(guò)程中，材料經(jīng)歷了嚴(yán)重的塑性變形，這導(dǎo)致晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度增加，晶粒取向發(fā)生變化，從而削弱了基面織構(gòu)的主導(dǎo)地位。此外，長(zhǎng)時(shí)間擠壓過(guò)程中材料發(fā)生了完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，有助于細(xì)化晶粒和進(jìn)一步弱化基面織構(gòu)，從而增加了鎂合金的塑性、強(qiáng)度及變形程度，解決了鎂合金嚴(yán)重拉壓不對(duì)稱性的問題。

18、(3)本發(fā)明中通過(guò)連續(xù)擠壓結(jié)合成分中添加zr、ag和微量nd元素，可以向合金中引入大量再結(jié)晶晶粒，平均晶粒尺寸約為2.4μm，顯著提高合金的力學(xué)性能。