一种Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金短周期热处理工艺

摘要

本发明公开一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺，包括初级时效处理、二级时效处理和空冷等步骤，首先，将热处理炉预热至200℃，待炉内温度稳定后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金置于炉内进行初级时效处理，初级时效处理的温度为200℃，保温8h；接着，调节炉温至250℃，待炉内温度稳定后保温计时，保温10h进行二级时效处理；最后将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金从炉内取出，空冷至室温。本发明通过初级时效（200℃和8h）和二级时效（250℃和10h）的组合式时效处理方法，弥补现有Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr高稀土含量镁合金T6热处理工艺的不足，实现了在短时效周期内(56)对比文件Jie Zheng等.An alternating ageing-annealing process for enhancing strengthand ductility of a Mg-Gd-Y-Zn-Zralloy.Materials Science & EngineeringA.2021,第828卷全文.Jie Zheng等.Preparation of ultra-highstrength Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy by pre-ageing treatment prior toextrusion.Journal of Alloys andCompounds.2021,第894卷全文.Mu Meng等.Effect of aging treatmenton the precipitation transformation andage hardening of Mg-Gd-Y-Zn-Zralloy.Journal of Magnesium andAlloys.2022,全文.石洪吉;邓运来;张凯;杨柳;陈明安.Nd含量对Mg-6Gd-2.5Y-0.5Zr合金显微组织和力学性能的影响.中国有色金属学报.2017,(第09期),全文.肖阳;张新明.Mg-9Gd-4Y-0.6Zr合金的二次时效.中国有色金属学报.2011,(第02期),全文.伦玉超;王丽萍;赵思聪;辛北平;俞泽民.ZM6镁合金的双级时效行为.金属热处理.2016,(第11期),全文.

权利要求

1.一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺，其特征在于：所述Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金包括如下质量百分比的化学成分：8.60‑9.60%Gd、3.00‑4.00%Y、1.90‑2.30%Zn、0.40‑

0.50%Zr，杂质元素：≤0.0004%Fe、≤0.01%Ni、≤0.01%Cu、≤0.01%Si，其余为Mg；

所述热处理工艺包括以下步骤：

步骤1、初级时效处理：将热处理炉预热至200℃，待炉内温度稳定后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金置于炉内进行初级时效处理，初级时效处理的温度为200℃，保温8h；

步骤2、二级时效处理：调节炉温至250℃，待炉内温度稳定后保温计时，保温10h；

步骤3、空冷：完成二级时效处理后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金从炉内取出，空冷至室温。

2.如权利要求1所述的一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺，其特征在于：所述Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金包括如下质量百分比的化学成分：9.34%Gd、3.20%Y、 1.96%Zn、

0.42%Zr、85.05%Mg，以及0.03%不可避免的杂质元素Fe、Ni、Cu和Si。

3.如权利要求1所述的一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺，其特征在于：在步骤1之前进行固溶处理：将热处理炉进行加热，加热温度至450℃；待炉内温度恒定后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金置入炉内；待炉内温度重新回归到指定温度450℃后，保温23h；保温结束后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金移出热处理炉，空冷至室温。

4.如权利要求3所述的一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺，其特征在于：在固溶处理之前，对Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金的表面进行清理。

5.如权利要求1所述的一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺，其特征在于：在步骤3之后得到的Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金的抗拉强度为336MPa，屈服强度为201MPa，伸长率为7.0%。

说明书

一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺

技术领域

[0001] 本发明属于镁合金加工技术领域，尤其是指一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺。

背景技术

[0002] 稀土镁合金相比常规镁合金具有更高的高温力学性能、抗腐蚀性能，在武器装备和交通运输等领域的重要设备上得到越来越广泛的应用。目前Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr高稀土含量镁合金常采用T6热处理工艺以期得到最终所需的力学性能。T6热处理包括高温固溶和低温时效处理两个阶段，其中低温时效处理的时效温度选择尤为重要，一般选择200℃的时效温度，需保温89h，以到达所需的强度指标，选择该时效温度虽能到达所需强度指标，但所需的时效时间极长，耗费的成本太高，不利于可持续生产。而时效温度选择越高，时效处理的时间越短，强度指标越低；反之，时效温度选择越低，时效处理的时间越长，强度指标越高，从而无法在短时效周期内获得高强度指标的镁合金，因此针对Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr高稀土含量镁合金T6热处理工艺，亟需开发短周期时效处理得到高强度指标镁合金的方法。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺，获得与低温时效处理（即时效温度接近200℃）的力学性能相当，但时效处理时间大幅缩短的时效处理方法。

[0004] 为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺，包括以下步骤：

[0005] 步骤1、初级时效处理：将热处理炉预热至200℃，待炉内温度稳定后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金置于炉内进行初级时效处理，初级时效处理的温度为200℃，保温8h；

[0006] 步骤2、二级时效处理：调节炉温至250℃，待炉内温度稳定后保温计时，保温10h；

[0007] 步骤3、空冷：完成二级时效处理后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金从炉内取出，空冷至室温。

[0008] 进一步，所述Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金包括如下质量百分比的化学成分：8.60‑9.60%Gd、3.00‑4.00%Y、1.90‑2.30%Zn、0.40‑0.50%Zr，杂质元素：≤0.0004%Fe、≤0.01%Ni、≤0.01%Cu、≤0.01%Si，其余为Mg。

[0009] 进一步，所述Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金包括如下质量百分比的化学成分：9.34%Gd、3.20%Y、 1.96%Zn、0.42%Zr、85.05%Mg，以及0.03%不可避免的杂质元素Fe、Ni、Cu和Si。

[0010] 进一步，在步骤1之前进行固溶处理：将热处理炉进行加热，加热温度至450℃；待炉内温度恒定后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金置入炉内；待炉内温度重新回归到指定温度450℃后，保温23h；保温结束后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金移出热处理炉，空冷至室温。

[0011] 进一步，在固溶处理之前，对Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金的表面进行清理。

[0012] 进一步，在步骤3之后得到的Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金的抗拉强度为336MPa，屈服强度为201MPa，伸长率为7.0%。

[0013] 采用上述方案后，本发明的增益效果在于：

[0014] 本发明采用初级时效和二级时效的组合式时效处理方法，即初级时效参数选择200℃和8h，二级时效参数选择250℃和10h，制得的镁合金强度指标与常规低温时效（即时效参数为200℃和89h）处理所得相当，而本发明的时效时间只有18h，与现有技术相比，将时效时间缩短了1/5左右，大幅度缩短了时效周期，降低了生产成本，弥补现有Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr高稀土含量镁合金T6热处理工艺的不足，实现了在短时效周期内获得高强度指标的镁合金。

附图说明

[0015] 图1为初始时效200℃和8h、250℃和8h的组织对比图；

[0016] 图2为不同方案的组织对比图。

具体实施方式

[0017] 以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。

[0018] 本发明制备的Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金包括如下质量百分比的化学成分：

[0019] 8.60‑9.60%Gd、3.00‑4.00%Y、1.90‑2.30%Zn、0.40‑0.50%Zr，杂质元素：≤0.0004%Fe、≤0.01%Ni、≤0.01%Cu、≤0.01%Si，其余为Mg；

[0020] 优选如下质量百分比的化学成分：

[0021] 所述Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金包括如下质量百分比的化学成分：9.34%Gd、3.20%Y、 1.96%Zn、0.42%Zr、85.05%Mg，以及0.03%其他不可避免的杂质元素Fe、Ni、Cu和Si。

[0022] 本发明提供一种Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金短周期热处理工艺，具体包括以下步骤：

[0023] 步骤1、准备：将上述化学成分加工成Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金热挤压棒材，对Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金热挤压棒材的表面进行清理，清理表面的粉尘、油污、水汽等，保证Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金表面清洁和干燥；

[0024] 步骤2、固溶处理：将热处理炉进行加热，加热温度至450℃；待炉内温度恒定后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金热挤压棒材置入炉内；待炉内温度重新回归到指定温度450℃后，保温23h；保温结束后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金棒材移出热处理炉，空冷至室温；

[0025] 步骤3、初级时效处理：将热处理炉预热至200℃，待炉内温度稳定后，将固溶处理后的Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金棒材置于炉内进行初级时效处理，初级时效处理的温度为200℃，保温8h；

[0026] 步骤4、二级时效处理：调节炉温至250℃，待炉内温度稳定后保温计时，保温10h；

[0027] 步骤5、空冷：完成二级时效处理后，将Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr镁合金棒材从炉内取出，空冷至室温。

[0028] 以下建立12种时效方案来优化本发明的时效处理路线及参数，具体如表1所示，其中方案1为本发明时效处理的参数，方案2为常规时效处理工艺，方案3和方案4为在方案2的基础上调节时效温度和时效时间得出的方案，方案5‑12均采用二级时效处理方法，但选择参数不同。此外，表1之外的其他工艺参数与本发明相同，采用该12种方案所得的镁合金强度指标详见表2。

[0029] 表1：不同实施方案时效处理对比

[0030]

[0031] 表2：时效处理不同实施方案拉伸性能和用时对比

[0032]

[0033] 根据表1和表2，对比方案2‑4，方案4的时效温度最高，时效时间最短，强度指标最低，从而得到稀土镁合金常规时效时间、温度和强度指标的规律，即时效温度越接近200℃，峰值时效用时越长，强度指标越高，最高强度指标对应方案2，即热处理炉预热温度200℃，时效参数200℃和89h。

[0034] 根据表1、表2和图1，对比方案7‑9 和方案10‑12：初始时效温度选择200℃时，强度指标更高，图1给出了初始时效参数200℃和8h、250℃和8h方案的组织对比图，200℃和8h方案的析出相更为细小密集，其强度指标更高，因此本发明初级时效温度选择200℃。

[0035] 根据表1和表2，对比方案1、5、6，初级时效参数选择200℃和8h的强度指标高于初级时效参数选择200℃和4h、200℃和8h的强度指标，因此本发明初级时效参数选择200℃和8h。

[0036] 根据表1和表2，对比方案1和8，二级时效温度选择250℃的方案，其峰值时效时间对应强度指标明显高于二级时效温度选择300℃峰值时效的对应强度，故本发明二级时效参数选择250℃和10h。

[0037] 通过图2对比方案1‑12的组织析出相，其中，a‑l对应为方案1‑12的组织析出图，具体对比分析如下：

[0038] 方案1‑3、方案5、方案6的晶内析出为纳米级析出相，方案4、方案7‑12为微米级析出相；纳米级析出相强化作用大于微米级析出相，故方案1‑3、方案5、方案6强度指标高于方案4、方案7‑12。

[0039] 尽管方案3、方案5、方案6析出为纳米析出相，但是其析出相尺寸和间距显然大于方案1 和方案2。

[0040] 综上对比，方案1和方案2的强度指标相当，但方案1的时效时间远短于方案2，因此，本发明选择方案1的时效参数，弥补现有Mg‑Gd‑Y‑Zn‑Zr高稀土含量镁合金T6热处理工艺的不足，通过初级时效200℃和8h和二级时效250℃和10h的组合式时效处理方法，实现短时效周期内获得高强度指标的镁合金。

[0041] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。