CN111560550A - 一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Mg‑Gd‑Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，具体涉及镁合金材料制备技术领域，所述均匀化热处理工艺为：将镁合金铸锭置于均匀化热处理炉中，升温至520‑525℃后，并保温至少10‑12h后，以60‑80℃/h的速率进行空冷，随后冷却至室温，得到成品。本发明通过采取合理的均匀化退火制度，从而达到对于Mg‑Gd‑Y稀土镁合金的消除成分偏析，消除内应力，特别是可以有效地存进Mg‑Gd‑Y合金中的强化相LPSO相在基体和晶粒中的生长，从而有效的提高合金强度和耐热性能，为后续塑性成形的加工工艺提供准备，且本发明工艺适用于多种尺寸的稀土镁合金铸件，为航天和轨道交通用稀土镁合金铸件材料的性能改善。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金材料制备技术领域，更具体地说，本发明是一种消除Mg-Gd-Y稀土镁合金成分偏析和消除铸造应力，以及促进特有强化相LPSO相的生长，改善组织均匀性、力学性能的热处理方法。
背景技术
镁合金是一种轻质高强，具有高比刚度和比强度的新型轻合金，具有导电导热性能好，电磁屏蔽性能好和阻尼减震效果，且易于切削加工等优点，目前，镁合金的应用在航空航天、军工、轨道交通、汽车等领域应用越来越广泛，但传统变形镁合金由于铸造过程会产生成分偏析和铸造应力，这会为铸锭进一步的塑性成型和加工带来变形难、易开裂等问题，因此在塑性变形前对铸锭进行工艺合理的均匀化热处理十分必要。
稀土元素由于其特殊的物理和化学特性，在镁合金中加入稀土元素将会生成高熔点第二相或固溶在镁合金基体中，起到细化晶粒和第二相强化的作用，因此对提高综合力学性能以及耐热性能有很好的效果。但高稀土元素的加入会使铸造过程存在较大的铸造应力。而对于其他稀土元素镁合金的传统均匀化方法不能适用于Mg-Gd-Y稀土镁合金，尤其是特有的LPSO相第二相强化效果会受到影响，不能充分发挥Mg-Gd-Y稀土镁合金的优势。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有技术中的问题，本发明的目的在于改进传统镁合金的均匀化热处理方法的不足，本发明的实施例提供一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，通过采取合理的均匀化退火制度，即520-525℃×10-12h，从而达到对于Mg-Gd-Y稀土镁合金的消除成分偏析，消除内应力，特别是可以有效地存进Mg-Gd-Y合金中的强化相LPSO相在基体和晶粒中的生长，从而达到提高综合力学性能和为进一步成型加工做出准备的目标，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，具体包括如下操作步骤：
步骤一：按照镁合金的设定成分要求，在熔炼炉中加入含有不同元素的纯金属和中间金属，开启熔炼炉的电阻加热装置，保温至合金组分熔化为均匀的制定成分的金属熔体进行铸造；
步骤二：对热处理炉进行升温预热处理；
步骤三：将步骤一中的金属熔体铸造成型为镁合金坯料后，进行快速冷却，随后快速转放到预热后的热处理炉中；
步骤四：将转放到预热后的热处理炉中的镁合金坯料进行保温处理；
步骤五：完成后，将热处理后的镁合金坯料取出，并将其冷却至室温。
在一个优选地实施方式中，步骤一中所述的熔炼炉中加入含有不同元素的纯金属和中间金属后，加热至760℃，使各组分融化为均匀的金属熔体。
在一个优选地实施方式中，步骤二中所述的热处理炉以100℃/h的升温速率，将热处理炉预热至500-520℃。
在一个优选地实施方式中，步骤三中所述的冷却操作为采用鼓风冷却的方式迅速冷却到200℃。
在一个优选地实施方式中，步骤四中所述的保温处理操作为在520-525℃的热处理炉中保温10-12h。
在一个优选地实施方式中，步骤五中所述的镁合金坯料取出后，进行鼓风冷却，并控制冷却速度为60-80℃/h。
本发明还提供了一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭，室温抗拉强度≥245MPa，延伸率大于等于7％。
在一个优选地实施方式中，该Mg-Gd-Y稀土镁合金的质量百分比组成为Gd：8-11％，Y：2-4％，Zn：1-3％，Zr：0.2-0.6％，其余为Mg及不可去除的杂质元素。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明提供的稀土镁合金的均匀化热处理方法，可以针对Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭，采取合理的均匀化退火制度，即520-525℃×10-12h，从而达到对于Mg-Gd-Y稀土镁合金的消除成分偏析，消除内应力，特别是可以有效地存进Mg-Gd-Y合金中的强化相LPSO相在基体和晶粒中的生长，从而达到提高综合力学性能和为进一步成型加工做出准备的目标；
2、本发明不仅对均匀化热处理工艺提出要求，同时对于热处理过程中的升温和降温速率都给出了明确的指示，因为均匀化过程中，不仅是温度和时间工艺参数，而加热升温和空冷的温度梯度对均匀化后的微观组织和铸锭性能都会有显著影响，因此本专利对这两个工艺参数同样给出准确要求，从而可以进一步保证均匀化后的效果，最终提高产品质量；
3、本发明方法工艺简单明确，要求准确，适用于工程化条件下的工厂大批量生产，同时对于Mg-Gd-Y合金，与传统稀土镁合金均匀化处理方法相比，所需加热时间较短，对于大批量生产的企业则可以大大有效的节约电能和生产成本，对提高企业经济效益、优化产品结构具有十分重要的意义。
附图说明
图1为利用本发明的方法进行均匀化热处理后铸态第二相尺寸及分布示意图。
图2为本发明的均匀化热处理前铸态第二相尺寸及分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，具体包括如下操作步骤：
步骤一：按照镁合金的设定成分要求，在熔炼炉中加入含有不同元素的纯金属和中间金属，开启熔炼炉的电阻加热装置加热至760℃，使各组分融化为均匀的金属熔体，保温至合金组分熔化为均匀的制定成分的金属熔体进行铸造；
步骤二：将热处理炉以100℃/h的升温速率，将热处理炉预热至500-520℃；
步骤三：将步骤一中的金属熔体铸造成型为镁合金坯料后，采用鼓风冷却的方式迅速冷却到200℃，随后快速转放到预热后的热处理炉中；
步骤四：将转放到预热后的热处理炉中的镁合金坯料在低于520℃的热处理炉中保温，且保温时间小于10h；
步骤五：完成后，将热处理后的镁合金坯料取出，并进行空气鼓风冷却，以60-80℃/h的降温速率进行冷却，冷却至室温。
本发明还提供了一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭，室温抗拉强度≥245MPa，延伸率大于等于7％，且该Mg-Gd-Y稀土镁合金的质量百分比组成为Gd：8-11％，Y：2-4％，Zn：1-3％，Zr：0.2-0.6％，其余为Mg及不可去除的杂质元素。
实施例2：
本发明提供了一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，具体包括如下操作步骤：
步骤一：按照镁合金的设定成分要求，在熔炼炉中加入含有不同元素的纯金属和中间金属，开启熔炼炉的电阻加热装置加热至760℃，使各组分融化为均匀的金属熔体，保温至合金组分熔化为均匀的制定成分的金属熔体进行铸造；
步骤二：将热处理炉以100℃/h的升温速率，将热处理炉预热至500-520℃；
步骤三：将步骤一中的金属熔体铸造成型为镁合金坯料后，采用鼓风冷却的方式迅速冷却到200℃，随后快速转放到预热后的热处理炉中；
步骤四：将转放到预热后的热处理炉中的镁合金坯料在520-525℃的热处理炉中保温10-12h；
步骤五：完成后，将热处理后的镁合金坯料取出，并进行空气鼓风冷却，以60-80℃/h的降温速率进行冷却，冷却至室温。
本发明还提供了一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭，室温抗拉强度≥245MPa，延伸率大于等于7％，且该Mg-Gd-Y稀土镁合金的质量百分比组成为Gd：8-11％，Y：2-4％，Zn：1-3％，Zr：0.2-0.6％，其余为Mg及不可去除的杂质元素。
实施例3：
本发明提供了一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，具体包括如下操作步骤：
步骤一：按照镁合金的设定成分要求，在熔炼炉中加入含有不同元素的纯金属和中间金属，开启熔炼炉的电阻加热装置加热至760℃，使各组分融化为均匀的金属熔体，保温至合金组分熔化为均匀的制定成分的金属熔体进行铸造；
步骤二：将热处理炉以100℃/h的升温速率，将热处理炉预热至500-520℃；
步骤三：将步骤一中的金属熔体铸造成型为镁合金坯料后，采用鼓风冷却的方式迅速冷却到200℃，随后快速转放到预热后的热处理炉中；
步骤四：将转放到预热后的热处理炉中的镁合金坯料在大于525℃的热处理炉中保温，且保温时间大于12h；
步骤五：完成后，将热处理后的镁合金坯料取出，并进行空气鼓风冷却，以60-80℃/h的降温速率进行冷却，冷却至室温。
本发明还提供了一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭，室温抗拉强度≥245MPa，延伸率大于等于7％，且该Mg-Gd-Y稀土镁合金的质量百分比组成为Gd：8-11％，Y：2-4％，Zn：1-3％，Zr：0.2-0.6％，其余为Mg及不可去除的杂质元素。
利用金相观察和扫描电子显微镜SEM观察实施例1-3所制备出的Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭中特有的第二相LPSO相强化相，其观察结果如下：
对实施例1-3所制备出的Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭与原铸锭的力学性能以及延伸率进行测定可知，利用本发明的方法所制得的Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭能够消除其成分偏析和消除铸造应力，以及促进特有强化相LPSO相的生长，改善组织均匀性、力学性能，同时，利用金相观察和扫描电子显微镜SEM观察本发明所制备出的Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭与原铸锭的第二相尺寸及分布与均匀化热处理之前的第二相尺寸及分布，可得到说明书附图1和说明书附图2，结合说明书附图1和说明书附图2可明显观察到，原来铸锭中脆性的铸态共晶第二相几乎减少和消失，而转化成了Mg-Gd-Y系列合金中特有的第二相LPSO相强化相，并在一定程度上向晶内生长，有效的起到了强化合金和提高综合力学性能的效果。
实施方式具体为：按照镁合金产品成分要求，在熔炼炉中加入纯镁、Mg-Gd中间合金、Mg-Y中间合金以及纯锌和纯锆，按顺序逐次加入，开启熔炼炉的电阻加热装置，加热至760℃，使合金组分融化为均匀Mg-Gd-Y-Zn-Zr中间镁合金金属熔体，保温扒渣后静置30min，随后进行浇铸成为铸锭，将均匀化热处理炉以100℃/h升温至500-520℃，对铸锭进行鼓风冷却至200℃左右，快速转放到以预热的均匀化热处理炉中，在520-525℃条件下进行均匀化热处理，保温10-12h，取出后进行鼓风冷却，以60-80℃/h的冷却速率将铸锭冷却到室温，锯切铸锭试样，通过2000目金相砂纸打磨和抛光后，进行4％苦味酸溶液腐蚀，随后金相观察和扫描电子显微镜SEM观察，观察结果如图1和图2所示，通过对比可以明显看出，经过本发明提供的均匀化热处理方法处理的Mg-Gd-Y合金相比铸态脆性第二相明显减少，LPSO相则充分生成，同时，铸态Mg-Gd-Y合金铸锭力学性能为191Mpa，延伸率为5.4％，而经过均匀化热处理后的铸锭，其力学性能为抗拉强度247MPa，延伸率为7.7％，实现了均匀化提升铸锭综合力学性能的效果。
最后应说明的是：本专利对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制与本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，其特征在于：具体包括如下操作步骤：
步骤一：按照镁合金的设定成分要求，在熔炼炉中加入含有不同元素的纯金属和中间金属，开启熔炼炉的电阻加热装置，保温至合金组分熔化为均匀的制定成分的金属熔体进行铸造；
步骤二：对热处理炉进行升温预热处理；
步骤三：将步骤一中的金属熔体铸造成型为镁合金坯料后，进行快速冷却，随后快速转放到预热后的热处理炉中；
步骤四：将转放到预热后的热处理炉中的镁合金坯料进行保温处理；
步骤五：完成后，将热处理后的镁合金坯料取出，并将其冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，其特征在于：步骤一中所述的熔炼炉中加入含有不同元素的纯金属和中间金属后，加热至760℃，使各组分融化为均匀的金属熔体。
3.根据权利要求1所述的一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，其特征在于：步骤二中所述的热处理炉以100℃/h的升温速率，将热处理炉预热至500-520℃。
4.根据权利要求1所述的一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，其特征在于：步骤三中所述的冷却操作为采用鼓风冷却的方式迅速冷却到200℃。
5.根据权利要求1所述的一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，其特征在于：步骤四中所述的保温处理操作为在520-525℃的热处理炉中保温10-12h。
6.根据权利要求1所述的一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭均匀化热处理方法，其特征在于：步骤五中所述的镁合金坯料取出后，进行鼓风冷却，并控制冷却速度为60-80℃/h。
7.一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭，其特征在于：室温抗拉强度≥245MPa，延伸率大于等于7％。
8.根据权利要求7所述的一种Mg-Gd-Y稀土镁合金铸锭，其特征在于：该Mg-Gd-Y稀土镁合金的质量百分比组成为Gd：8-11％，Y：2-4％，Zn：1-3％，Zr：0.2-0.6％，其余为Mg及不可去除的杂质元素。
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