一种用于Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金中LPSO相的调控制备方法

摘要

一种用于Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金中LPSO相的调控制备方法，属于热处理技术领域。将Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金热处理炉中温300℃～350℃保温15～60min，70℃热水淬火；然后置于热处理炉高温480℃～520℃保温3～8h,70℃热水淬火；最后置于次高温400℃～460℃保温12～50h,70℃热水淬火。不仅可以达到调控合金中LPSO相的体积分数及一维尺寸，同时可以有效地消除铸造合金中的成分偏析。经过该调控工艺后，得到LPSO相的体积分数为3.2～45.67％，一维尺寸范围25～120微米，同时可以明显消除铸造合金中的成分偏析与粗大初生组织，明显提高合金力学性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于调控Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金的LPSO相含量和一维尺寸 的工艺，属于热处理技术领域。

背景技术

镁合金因其具有低密度，高比强、比刚度，高阻尼性能以及电磁屏蔽性能， 被誉为“21世纪的绿色工程材料”，被视为在汽车轻量化领域取代钢铁材料的希 望。然而，由于镁合金缺乏有效的强化相及对第二相体积控制的有效控制手段， 造成力学性能无法达到主要承载结构材料的需求，应用受到了极大的限制。

日本学者Kawamura在2001年通过快速凝固/粉末冶金的方法，制备了含有 LPSO相的Mg-Zn-Y合金，具有优异的综合力学性能(Y.Kawamura,K.Hayashi, A.Inoue.Mater.Trans.42(2001)1171-1174)。然而该制备方法由于制备过程复杂， 成本高昂，而且无法大规模制备，应用受到限制。通过进一步研究发现，在特定 RE稀土镁合金中，当Zn/RE原子比符合一定的范围时，会形成不同的LPSO相。 然而，这种伴随这种LPSO相的往往是粗大的Mg-RE二元相，这种连续粗大的 组织与基体界面结合十分不好，同时，由于在铸造合金无法避免的合金成分偏析， 造成LPSO相分布不均匀，也无法完全发挥LPSO相对合金基体的强化作用。此 外，大多数镁合金都需要经过热变形加工后使用，LPSO相的含量与一维尺寸及 分布，对后续热变形加工中的动态再结晶机制有着重要的影响，直接关系到合金 最终状态的性能。

因此，如何消除粗大连续的初生组织,同时控制LPSO相的体积分数以及一 维尺寸，是提高此类合金的性能的关键所在。本发明中涉及一种新的热处理工艺， 他不同于常规的热处理手段，而是采用一种多步热处理工艺，其效果明显优于目 前的普通热处理工艺。与目前常规热处理工艺相比，该工艺可以充分消除铸造合 金中的成分偏析，最大程度上消除铸造合金中粗大连续的第二相，同时，可以控 制合金中LPSO相的形貌与体积分数，做到简单有效的调控合金中LPSO相的体 积分数和一维尺寸，消除粗大初生组织，显著提高了Mg-Gd-Er-Zn(Zr)合金的力 学性能，为改善镁及镁合金的性能提供了一种有效的热处理新技术。

发明内容

本发明提供了一种用于调控Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金的LPSO相含量和一维尺 寸的热处理工艺。

本发明的特征在于一种新的热处理工艺、方法。该发明适用于 Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金，其成分范围为：Gd:0～18wt％,Er:0～18wt％,Gd+Er:5～18 wt％,优选同时含有Gd,Er的合金体系，0＜Zn/(Gd+Er)原子比或摩尔比≤1， Zr含量为0～0.6wt％，余量为Mg；将满足上述条件的铸造合金进行切割，第一 步将合金置于热处理炉中，中温300℃～350℃保温15～60min，取出后迅速置于 70℃热水中进行淬火；然后置于热处理炉高温480℃～520℃保温3～8h,取出后迅 速置于70℃热水中进行淬火；最后置于热处理炉次高温400℃～460℃保温12～50h, 随炉冷却至350℃时，取出后迅速置于70℃热水中进行淬火，得到含有LPSO相 的合金样品。

采用本发明热处理工艺之后，消除了铸造合金中存在的成分偏析现象，使合 金中粗大的初生相分解，稀土元素与锌元素均匀扩散在基体中，降低合金层错能， 利于后续变形热加工时的动态再结晶的发生。特别是经过该热处理工艺之后，可 得层片状LPSO，可以调控合金中LPSO相的体积分数(3.2～45.76％)，同时可以 对LPSO相的一维尺寸进行控制，得到一维尺寸≤50微米，50至100微米以及 ≥100微米的LPSO相。均匀分布的LPSO相有利于阻碍合金基面位错的滑移， 显著提高合金强度和塑性。本发明对难以控制的Mg-Gd-Er-Zn(Zr)合金的LPSO 相含量和一维尺寸提供了一个全新的，便捷有效，切实可行的热处理工艺和方法， 可以有效的调控该体系合金中LPSO相的含量、一维尺寸。

本发明的特点和有益效果

1.消除了铸造Mg-Gd-Er-Zn(Zr)合金中的成分偏析，有效改善合金的组织和性 能。

2.中温保温后，可以使LPSO相在合金基体中更加均匀的析出与生长，有利于 对合金基体的强化。

3.合金在经过本发明所示方法热处理之后，可以调控LPSO相的一维尺寸，以 及体积分数(范围可达3.2～45.67％)，使其均匀分布在基体中，从而阻碍合 金中基面位错的滑移，提高合金的性能。

附图说明

图1是本发明实施例1中的初生相和LPSO分布形貌。

图2是本发明实施例2中的初生相和LSPO分布形貌。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明书，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

第一步将Mg-12Gd-2Er-1Zn-0.6Zr合金置于热处理炉中，300℃保温30min，取出 后迅速置于70℃热水中进行淬火；然后置于热处理炉中480℃保温3h,取出后迅 速置于70℃热水中进行淬火；最后置于次高温420℃保温12h,随炉冷却至350 ℃时，取出后迅速置于70℃热水中进行淬火，得到合金中含有初生第二相的体 积分数为5.61％，LPSO相体积分数为6.32％，一维尺寸约50微米(附图1)。

实施例2

第一步将Mg-12Gd-2Er-1Zn-0.6Zr合金置于热处理炉中，320℃保温60min，取出 后迅速置于70℃热水中进行淬火；然后置于热处理炉中520℃保温8h,取出后迅 速置于70℃热水中进行淬火；最后置于次高温460℃保温50h,随炉冷却至350 ℃时，取出后迅速置于70℃热水中进行淬火，得到合金中含有初生第二相的体 积分数为0.12％，LPSO相体积分数为45.67％，一维尺寸为约为120微米(附图 2)。

实施例3

第一步将Mg-12Gd-2Er-1Zn-0.6Zr合金置于热处理炉中，300℃保温60min，取出 后迅速置于70℃热水中进行淬火；然后置于热处理炉中500℃保温8h,取出后迅 速置于70℃热水中进行淬火；最后置于次高温440℃保温24h,随炉冷却至350 ℃时，取出后迅速置于70℃热水中进行淬火，得到合金中含有初生第二相的体 积分数为0.8％，LPSO相体积分数为18.44％，相一维尺寸约为100微米。

实施例4

第一步将Mg-8Gd-6Er-1Zn-0.6Zr合金置于热处理炉中，300℃保温30min，取出 后迅速置于70℃热水中进行淬火；然后置于热处理炉中480℃保温5h,取出后迅 速置于70℃热水中进行淬火；最后置于次高温420℃保温18h,随炉冷却至350 ℃时，取出后迅速置于70℃热水中进行淬火，得到合金中含有初生第二相的体 积分数为2.74％，LPSO相体积分数为11.65％，一维尺寸约为75微米。

实施例5

第一步将Mg-8Gd-6Er-1Zn-0.6Zr合金置于热处理炉中，300℃保温30min，取出 后迅速置于70℃热水中进行淬火；然后置于热处理炉中500℃保温8h,取出后迅 速置于70℃热水中进行淬火；最后置于次高温460℃保温18h,随炉冷却至350 ℃时，取出后迅速置于70℃热水中进行淬火，得到合金中含有初生第二相的体 积分数为1.15％，LPSO相体积分数为16.53％，相一维尺寸约为100微米。