一種稀土鎂合金大尺寸高強鍛件的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍛件的制備方法，特別是一種稀土鎂合金大尺寸高強鍛件的制備方法，屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金是目前已應(yīng)用最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強度和比模量高、導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽能力強、阻尼減振性好等優(yōu)點，被譽為“21世紀(jì)綠色工程金屬”。因此，鎂合金在國防、航空航天、汽車等工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在國防及航空航天領(lǐng)域，鎂合金應(yīng)用于飛行器可降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高其射程和精度，還可降低能量消耗;應(yīng)用于防御裝甲可提高裝甲車輛的機動性，降低其能耗。汽車工業(yè)領(lǐng)域使用鎂合金制造汽車零部件，不僅能夠減輕汽車質(zhì)量、降低油耗，而且有助于汽車減振，從而改善汽車的舒適性和安全性。
[0003]鎂合金主要分為兩大類:鑄造鎂合金和變形鎂合金，現(xiàn)在所使用的鎂合金中大多為鑄造態(tài)。相較于鑄造產(chǎn)品，鎂合金經(jīng)熱變形后組織得到顯著細(xì)化，鑄造組織中的缺陷被消除，材料的綜合力學(xué)性能得到極大提高，可以滿足不同條件下結(jié)構(gòu)件的使用要求。然而，鎂合金結(jié)構(gòu)件，尤其是大尺寸構(gòu)件的生產(chǎn)還存在許多技術(shù)問題，例如:(I)鎂合金絕對力學(xué)性能仍然偏低，雖然目前通過一定手段可以提高其強度，但往往以犧牲塑性為代價；(2)鎂合金熱成形能力較差，遠(yuǎn)不如鋁合金及鋼鐵等材料，其在鍛造過程中容易開裂，一般只能利用擠壓等極少數(shù)方法進(jìn)行加工。因此，目前變形鎂合金的應(yīng)用遠(yuǎn)不如鋁合金那么廣泛。
[0004]鎂沒有同素異構(gòu)變化，缺乏有效的強化相，這是導(dǎo)致鎂合金力學(xué)性能較差的主要原因之一。稀土 (RE)元素具有特殊的價電子結(jié)構(gòu)，Gd、Y等重稀土元素在鎂中具有較大固溶度，能形成細(xì)小彌散的強化相，可大幅度提高鎂合金的力學(xué)性能。因此，Drits等人通過在鎂中添加稀土元素Gd和Y試制出Mg-9Gd-4Y-0.6Mn合金后，高性能稀土鎂合金的研究成為鎂合金發(fā)展的重要方向。本世紀(jì)初，Anyanwu等人以Zr替代Mn試制出Mg-9Gd_4Y-0.6Zr合金。該合金具有顯優(yōu)于WE54和WE43合金的力學(xué)性能，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
[0005]目前對稀土鎂合金的鍛造主要方法為:先獲得稀土鎂合金鑄錠并進(jìn)行均勻化退火處理，然后直接對均勻化退火后的稀土鎂合金鑄錠進(jìn)行鍛造，采用這樣的方法進(jìn)行大尺寸鎂合金鍛件加工時，鍛坯在鍛造過程中開裂的幾率很高，導(dǎo)致大尺寸稀土鎂合金鍛件的成品率較低。
[0006]此外，采用現(xiàn)有的包含Gd、Y、Zr元素的稀土鎂合金進(jìn)行大尺寸鎂合金鍛件加工時，得到的大尺寸稀土鎂合金鍛件強度有限，無法滿足室溫抗拉強度350MPa以上的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種稀土鎂合金大尺寸高強鍛件的制備方法，均勻化退火后對稀土鎂合金鑄錠進(jìn)行熱擠壓鍛坯成型，實現(xiàn)了大尺寸稀土鎂合金結(jié)構(gòu)件的鍛造，鍛造過程中鍛件不開裂，此外，本發(fā)明中的鍛件具有較高的室溫及高溫力學(xué)性能。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種稀土鎂合金大尺寸高強鍛件的制備方法，包括:
[0009]熔煉鑄造獲得稀土鎂合金鑄錠的步驟，所述稀土鎂合金包括Gd、Y、Zr三種合金元素；
[0010]對稀土鎂合金鑄錠進(jìn)行均勻化退火處理的步驟；
[0011]對均勻化退火后的稀土鎂合金鑄錠進(jìn)行熱擠壓制備鍛坯的步驟；以及
[0012]對熱擠壓制備的鍛坯進(jìn)行鍛造，獲得稀土鎂合金鍛件的步驟。
[0013]所述制備方法還包括在鍛造后進(jìn)行時效熱處理的步驟。
[0014]所述熱擠壓的溫度為400?450°C，擠壓比為(50?70):1。
[0015]所述稀土鎂合金中各元素質(zhì)量百分比為:Gd:7.5?9.5%，Y:3.5?5.0%，Zr:0.3?0.6%，雜質(zhì)< 0.13%，余量為Mg。
[0016]所述稀土鎂合金還包括Zn。
[0017]所述稀土鎂合金中各元素質(zhì)量百分比為:Gd: 7.5?9.5%，Y: 3.5?5.0%，Zn: 1.0?1.5%，Zr:0.3?0.6%，雜質(zhì) <0.13%，余量為Mg。
[0018]所述稀土鎂合金鑄錠是由Mg錠和中間合金Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr為原料熔煉鑄造獲得的。
[0019]所述均勻化退火處理的溫度取值范圍為430°C?530°C，保溫時間為3小時?24小時，保溫結(jié)束后對鑄錠進(jìn)行風(fēng)冷至室溫。
[0020]所述鍛造的始鍛溫度為430?450°C，保溫時間為3?6小時，終鍛溫度為360?3800C，每道次變形量20?40_，變形速率lOmm/s，鍛后風(fēng)冷至室溫。
[0021]所述時效熱處理溫度的取值范圍為:200°C?250°C，保溫時間為12小時?96小時，
保溫結(jié)束后鍛件空冷至室溫。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0023]本發(fā)明在鍛造前通過熱擠壓技術(shù)制備稀土鎂合金鍛坯，使合金的鑄造態(tài)組織得到顯著細(xì)化，改善了稀土鎂合金的熱加工工藝塑性，降低了鍛坯在鍛造過程中開裂的幾率，提高了大尺寸稀土鎂合金鍛件的成品率。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明中制備方法第一種實施例的流程圖；
[0025]圖2為本發(fā)明中制備方法第一種實施例的流程圖；
[0026]圖3為時效熱處理后稀土鎂合金鍛件的金相圖，其中(a)為放大200倍時的金相圖，(b)為放大500倍時的金相圖；
[0027]圖4為時效熱處理后稀土鎂合金鍛件的TEM照片。
【具體實施方式】
[0028]以下通過實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的具體技術(shù)方案，應(yīng)當(dāng)說明的是，以下的實施例僅能用來解釋本發(fā)明而不能解釋為是對本發(fā)明的限制。
[0029]如圖1所示為本發(fā)明中制備方法第一種實施例的流程圖；從圖1可知，本發(fā)明的制備方法包括:
[0030]熔煉鑄造獲得稀土鎂合金鑄錠的步驟101，所述稀土鎂合金包括Gd、Y、Zr三種合金元素；所述稀土鎂合金中各元素質(zhì)量百分比的優(yōu)選值為:Gd: 7.5?9.5%，Y:3.5?5.0%，Zr:0.3?0.6%，雜質(zhì) <0.13%，余量為Mg。
[0031 ]所述熔煉鑄造的具體步驟為:
[0032](I)將Mg錠放在熔煉爐中熔化，熔化過程采用S02+SF6氣體保護(hù)；
[0033](2)升溫后加入按比例配制好的Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr中間合金，合金化過程利用電磁力攪拌合金熔體，以保證合金元素的均勻分布；
[0034](3)升溫后加入精煉劑；
[0035](4)精煉完成后降溫至650?680°C時靜置30?50min，隨后向結(jié)晶器內(nèi)進(jìn)行澆鑄，獲得稀土鎂合金鑄錠；
[0036]對稀土鎂合金鑄錠進(jìn)行均勻化退火處理的步驟102;所述均勻化退化的溫度優(yōu)選值為430°C?530°C，當(dāng)溫度值為430°C時，可以保證退火處理的效果的同時節(jié)省能源，保溫時間的優(yōu)選值為3小時?24小時，為了兼顧均勻化退火處理的效果和處理效率效率，在實際操作時可以選擇保溫時間的優(yōu)選值為3小時，保溫結(jié)束后對鑄錠進(jìn)行風(fēng)冷至室溫。
[0037]對均勻化退火后的稀土鎂合金鑄錠進(jìn)行熱擠壓制備鍛坯的步驟103;對稀土鎂合金鑄錠進(jìn)行熱擠壓可以顯著的提高大尺寸稀土鎂合金鍛件的塑性，降低鍛坯在鍛造過程中開裂的幾率，提高大尺寸稀土鎂優(yōu)選擠壓比為(50?70):1。
[0038]對熱擠壓制備的鍛坯進(jìn)行鍛造，獲得稀土鎂合金鍛件的步驟104。所述鍛造的始鍛溫度為430?450°C，保溫時間為3?6小時，終鍛溫度為360?380°C，每道次變形量20?40mm，變形速率1mm/s，鍛后風(fēng)冷至室溫。
[0039]如圖2所示為本發(fā)明中制備方法第一種實施例的流程圖；從圖2可知，本發(fā)明的制備方法包括:
[0040]熔煉鑄造獲得稀土鎂合金鑄錠的步驟101，所述稀土鎂合金包括Gd、Y、Zr三種合金元素；
[0041 ]對稀土鎂合金鑄錠進(jìn)行均勻化退火處理的步驟102;
[0042]對均勻化退火后的稀土鎂合金鑄錠進(jìn)行熱擠壓制備鍛坯的步驟103;
[0043]對熱擠壓制備的鍛坯進(jìn)行鍛造的步驟104;
[0044]在鍛造后進(jìn)行時效熱處理，獲得稀土鎂合金鍛件的步驟105。對鍛造后進(jìn)行時效熱處理，可以進(jìn)一步增強大尺寸稀土鎂合金鍛件的強度。所述時效熱處理溫度的優(yōu)選取值范圍為:200°C?250°C ；在實際應(yīng)用中，為了達(dá)到最優(yōu)效果，時效熱處理溫度取值為225°C，保溫時間的優(yōu)選值為12小時?96小時；在實際應(yīng)用中，為了達(dá)到最優(yōu)效果，保溫溫度為24小時，保溫結(jié)束后鍛件空冷至室溫。
[0045]進(jìn)一步地，為了提高大尺寸稀土鎂合金鍛件強度，可以在稀土鎂合金中加入Zn元素，加入Zn元素后的稀土鎂合金各元素質(zhì)量百分比的優(yōu)選值為:Gd:7.5?9.5%，Y: 3.5?5.0%，Ζη: 1.0?1.5%，Zr:0.3?0.6%，雜質(zhì)<0.13%，余量為Mg。當(dāng)采用這樣的質(zhì)量百分比時，可以在提高稀土鎂合金的塑性，但是Zn的含量過高時反而會增加鑄錠