专利名称：一种制备高强度高塑性稀土镁合金挤压工艺的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及合金挤压方法，特别涉及一种稀土镁合金挤压方法。
背景技术：
镁合金是工程结构材料中最轻的金属结构材料，以其优异的性能而受到越来越广泛的关注。在实用材料中镁合金的密度最低(约1.74g/cm3)，比强度和比刚度很高，而且阻尼性好、切削加工性好、导电导热性好，在航空、航天、汽车和通讯行业备受青睐，具有良好的工业应用前景。然而，镁合金是密排六方结构，滑移系少，室温下塑性变形能力差，强度低，制约了镁合金在工业领域的广泛应用。近年来，随着社会和科技的发展，各行业对高性能材料需求逐渐增加，特别是高强度、高塑性、高疲劳性的要求。 为了提高镁合金的强度和塑性，人们尝试往镁合金中加入稀土元素，稀土元素具有良好的固溶强化、沉淀强化作用，可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能。稀土镁合金室温下抗拉强度相对传统镁合金有了明显改善，但塑性比较差，研究表明超细晶材料相对传统块状材料力学性能有明显的改善。20多年来，人们采取了多种细化方法制备超细晶材料，大塑性变形是一种独特的，以组织控制为目的的塑性加工方法可直接获得亚微晶和纳米晶组织，也是近年来人们研究镁合金的一个重点。大塑性变形工艺可以细化晶粒改善镁合金的性能，但目前存在两个问题一个是挤压温度不能过低，挤压温度低时材料会出现裂纹；另一个是挤压过程中析出相的析出，挤压过程中，析出相形核和长大，形成粗大的微米级别的脆性相，对材料的强化没有贡献，反而会降低材料的强度和塑性。为了制备高性能的超细晶稀土镁合金，需要优化挤压工艺，控制第二相的析出和尺寸大小。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足，针对稀土镁合金挤压过程中，析出相大量析出和长大，形成脆性相，导致材料强度和塑性降低的问题，提供一种制备高强度高塑性稀土镁合金的挤压方法，所述方法制备得到的稀土镁合金晶粒大幅度细化，而且第二相析出的比较少。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种制备高强度高塑性稀土镁合金的挤压方法，包括以下步骤采用的挤压模具为等通道挤压模具，横通道和竖通道夹角为90°C ;分别对所述模具和待挤压的试样进行加热；试样的加热温度和模具的加热温度不同，试样加热温度低于模具加热温度。将加热后的所述试样放入加热后的所述模具中进行快速挤压，尽量减短挤压过程的时间，且在所述试样被挤出的方向上施加背压，使所述试样处于三向应力下。所述模具的加热温度为400°C，所述试样的加热温度为330-350°C，且所述模具温度不低于所述试样温度。所述背压为50MPa。本发明所述三向为为横向，纵向，挤压方向。
较佳的，所述挤压的速度为12mm/s，挤压时间为9_40s。较佳的，所述挤压的次数为8道次。较佳的，所述试样尺寸为12_xl2_x90mm,试样切好后,表面磨光。较佳的，所述试样是Mg-10Gd-3Y-0. 4Zr稀土镁合金。通过实验研究发现，析出相的析出主要在两个阶段，保温阶段和析出阶段。为了探究第二相在保温阶段的析出情况，我们做了对比实验。等通道挤压从第I道次(试样在模具中每挤压一次，称为一个道次)到第6道次总的保温时间是2h，试样I保持原始状态，所述原始状态为铸态GW103镁合金进过一次普通挤压，挤压温度380°C，挤压比为15 I (挤压比为挤压前后试样横截面积之比)。试样等通道挤压分为两步，第一步试样首先在保温炉中加热到预设温度，这个阶段为保温阶段，试样经过保温阶段后在放在模具中进行挤压，称为挤压阶段。试样2是处于原始状态的所述试样I仅经过保温阶段，试样3是处于原始 状态的所述试样I经过保温阶段和挤压阶段。所述试样I原始状态金相图如图I所示，对比实验试样2的金相图如图2所示。试样3的金相图如图5所示。通过金相图我们可以发现，试样2与原始状态试样金相图对比，第二相增加很少，第二相面积分数只有2%，试样3与原始试样相比，第二相明显增加，第二相面积分数达到18%。所以我们认为保温阶段对第二相的析出贡献不大，析出主要是在挤压阶段，主要是挤压阶段的动态再析出。另外，挤压阶段时间比较短，40秒左右，但保温阶段是20min，再结晶晶粒的长大主要在保温阶段。上海交通大学靳丽博士认为试样对模具温度比对试样温度敏感，我们在实验中也发现了这一点，当模具温度较低350时，试样温度升温到500°C，挤压时还是出现裂纹，当模具升温到400°C时，试样升温到350°C，挤压时试样完好，没有裂纹。所以为了获得细晶颗粒，并且析出较少的第二相，我们提出的技术方案是(I)模具和试样异步加热，模具温度加热得高一点，试样温度加热得低一点，可以减少再结晶颗粒的长大；(2)挤压时采用快速挤压，减短挤压过程所需的时间，减少挤压过程第二相的动态析出；(3)等通道角挤压时在试样被挤出的方向上施加背压，使挤压试样处于三向应力下，降低试样不出现裂纹的最低挤压温度。本发明相对其它工艺有以下几个优点(I)与普通挤压相比。等通道角挤压时大塑性变形工艺，大幅度细化了晶粒；(2)与其它大塑性变形工艺相比，模具和试样异步加热，模具加热温度和试样加热温度的调控比较方便，同时，试样温度比模具温度低，在保证试样挤压时不出现缺陷的前提下，降低了试样保温阶段的温度，减少了保温阶段再结晶晶粒的长大；采用快速挤压，减短挤压时间，减少了挤压阶段的动态再析出；等通道挤压时在试样挤出方向施加背压，降低了试样的挤压温度，降低了动态析出的速率。以GW103的稀土镁合金为例，合金成分Gd :10% ；Y 3% ;Zr :0.4%，其余为镁。原始状态合金的颗粒尺寸25um，抗拉强度261MPa，延伸率7% ;在本发明工艺下进行挤压时，颗粒尺寸细化到3. 5um，抗拉强度300MPa，延伸率27%，与原来7%相比提高了 290%，晶粒得到大幅度细化，力学性能得到明显改善，尤其是塑性，延伸率提高了 290 %。
图I是实施案例中挤压试样的原始状态金相图，颗粒尺寸25um。图2是对比试验中，挤压试样在保温炉350 V下放置2h后的金相图，颗粒长大不明显，有少量第二相析出，第二相面积分数2%图中黑色颗粒为β相。
图3是在试样温度350°C，模具温度400°C，挤压速度3mm/s条件下，挤压试样的X射线物相分析，合金中主要相为α (Mg)相，β (Mg24(GdY)5)相。图4为实施例I中，模具温度400°C，试样温度400°C，挤压速度12mm/s条件下，挤压试样的金相图，颗粒尺寸8um。图5为实施例2中，模具温度400°C，试样温度350°C，挤压速度3mm/s条件下，挤压试样的金相图，颗粒尺寸4. 5um，析出的第二相比较多，第二相面积分数18%，主要分布在晶界附近。图6为实施例3中，模具温度400°C，试样温度330°C，挤压速度12mm/s条件下，挤压试样的金相图，颗粒尺寸3. 5um，析出第二相明显减少。
具体实施方式
实施例I :采用原料为GW103镁合金合金成分Gd 10%；Y 3%；Zr :0. 4%，其余为镁，比例为
质量百分比。采用的挤压模具为等通道挤压模具，具体可以参考专利专利号2012100833603，一种背压等通道挤压模具。横通道和竖通道夹角为90°C，挤压试样尺寸为12mmx 12mmx90mm,试样切好后，表面磨光。采用包围模具的加热圈进行加热，用温控仪控制模具温度，刚开始预设定模具加热温度为400°C。试样在液压机旁边的保温炉内加热，保温炉温度设为400°C。保温炉温度到达预设温度后，试样表面涂一层石墨润滑剂，减少试样与模具之间的摩擦，试样放进保温炉中进行加热。根据多次实验发现试样在炉子中放25分钟试样温度能升温到400°C，所以在炉子中放置时间定为25min。25min后试样和模具温度都达到预设温度，用夹子把试样从保温炉中取出放进模具中进行挤压，挤压速度设为12mm/s，挤压时间9s。挤压8道次后金相组织如图4所示试样温度400°C时，由于温度比较高，析出和固溶达到一个平衡，所以第二相析出的比较少，综合性能比较好。本实施例稀土镁合金的金相图如图4所示，合金的平均颗粒尺寸8um，与原始状态平均颗粒尺寸25um相比，晶粒明显细化，由于温度比较高，第二相析出比较少，强度和塑性均较原始状态明显提高，抗拉强度290MPa，与原始状态26IMPa相比，提高了 11 %，延伸率20%，与原始状态7%相比，提高了 200%。实施例2 采用牌号为GW103的稀土镁合金，合金成分质量百分比Gd:10% ；Y 3% ；Zr 0.4%，其余为镁。采用的挤压模具为等通道挤压模具，横通道和竖通道夹角为90°C，挤压试样尺寸为12_xl2_x90mm,试样切好后,表面磨光。模具采用包围模具的加热圈进行加热,用温控仪控制模具温度，刚开始预设定模具加热温度为400°C。试样在液压机旁边的保温炉内加热，保温炉温度设为350°C。保温炉温度到达预设温度后，试样表面涂一层石墨润滑剂，减少试样与模具之间的摩擦，试样放进保温炉中进行加热。根据多次实验发现试样在炉子中放20分钟试样温度能升温到350°C，所以在炉子中放置时间定为20min。20min后试样和模具温度都达到预设温度，用夹子把试样从保温炉中取出放进模具中进行挤压，挤压速度设为3mm/s，挤压时间40s，挤压8道次后金相组织如图5所示平均颗粒尺寸4. 5um。
本工艺下,挤压温度比较低,但挤压速度比较慢，3mm/s。合金的金相图如图(5)所示，合金平均颗粒尺寸4. 5um,颗粒明显细化，但从图中可以看出，有大量第二相析出，而且第二相比较大，第二相大小O. Sum左右，达到了微米级别，第二相面积分数达到了 18%。粗大的第二相存在，对强化没有贡献，反而会降低强度。抗拉强度257MPa，与原始状态相比，略有降低，延伸率9. 7 %，与原始状态比，提高不明显。实施例3 采用原料为GW103镁合金合金成分质量百分比Gd 10% 'Y 3% ；Zr :0. 4%，其余为镁。采用的挤压模具为等通道挤压模具，横通道和竖通道夹角为90°C，挤压试样尺寸为12_xl2_x90mm,试样切好后,表面磨光。模具采用包围模具的加热圈进行加热,用温控仪控制模具温度，刚开始预设定模具加热温度为400°C。试样在液压机旁边的保温炉内加热，保温炉温度设为330°C。保温炉温度到达预设温度后，试样表面涂一层石墨润滑剂，减 少试样与模具之间的摩擦，试样放进保温炉中进行加热。根据多次实验发现试样在炉子中放18分钟试样温度能升温到18°C，所以在炉子中放置时间定为18min。ISmin后试样和模具温度都达到预设温度，用夹子把试样从保温炉中取出放进模具中进行挤压，挤压速度设为12mm/s，挤压时间9s，与前两个实施案例不同，这次挤压时施加了背压。在试样挤出方向上施加了 50MPa背压。挤压4道次后金相组织如图所示试样温度330°C时，由于温度比较低，会析出第二相，但挤压速度比较快，第二相析出比较少，材料的强度和塑性得到了提高，综合性能比较好。本工艺下，稀土镁合金的金相图如图(6)所示，合金的平均颗粒尺寸3. 5um，与原始状态平均颗粒尺寸25um相比，颗粒大幅度细化。由于温度比较低，挤压速度快，第二相析出比较少，强度和塑性明显提高，抗拉强度300MPa，与原始261相比，提高了 15%，延伸率27%，与原始状态7%相比，提高了 290%。
权利要求
1.一种制备高强度高塑性稀土镁合金的挤压方法，包括以下步骤 分别对等通道挤压模具和待挤压的试样进行加热，所述试样加热温度低于所述模具的加热温度；将加热后的所述试样放入加热后的所述模具中进行挤压，在所述试样被挤出的方向上施加背压，使所述试样处于三向应力下；所述模具的加热温度为400°c，所述试样的加热温度为330-350°C ;所述背压为50MPa。
2.如权利要求I所述的挤压方法，其中，所述挤压的速度为12mm/s。
3.如权利要求I所述的挤压方法，其中，所述挤压的次数为8道次。
4.如权利要求I所述的挤压方法，其中，所述试样的尺寸为12mmX12mmX 90mm,试样切好后，表面磨光。
5.如权利要求I所述的挤压方法，其中，所述试样是Mg-10Gd-3Y-0.4Zr稀土镁合金。
6.如权利要求2所述的挤压方法，其中，挤压时间为9-40s。
全文摘要
本发明公开了一种制备高强度高塑性稀土镁合金的挤压方法，包括以下步骤采用的挤压模具为等通道挤压模具，横通道和竖通道夹角为90℃；分别对所述模具和待挤压的试样进行加热；试样的加热温度和模具的加热温度不同，试样加热温度低于模具加热温度。将加热后的所述试样放入加热后的所述模具中进行快速挤压，尽量减短挤压过程的时间，且在所述试样被挤出的方向上施加背压，使所述试样处于三向应力下；所述方法制备得到的稀土镁合金晶粒大幅度细化，而且第二相析出的比较少。
文档编号C22F1/06GK102839340SQ20121035937
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者曾小勤, 周银鹏, 李德江, 苏昕, 丁文江 申请人:上海交通大学