專利名稱：：一種含稀土釔的高強度高阻尼變形鎂合金的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種合金材料，特別涉及一種添加稀土釔以提高合金強度和阻尼的鎂合金材料。
背景技術：
：近年來，隨著汽車工業、軌道交通、以及飛行器日趨輕量化、高速化和大功率化，對降低產品自重，提高便攜性，降低能源消耗和減振降噪性等都提出了更迫切的要求。而傳統的鋼鐵材料已經漸漸不能滿足其需求，由此急需尋求一種密度小、強度高、阻尼性能好的金屬結構材料。在眾多金屬結構材料中，純鎂具有密度低、阻尼減振降噪能力強、比強度高、電磁屏蔽性能好等一系列優點，引起了人們的廣泛研究。但純鎂力學性能較差，大大限制了其應用范圍。一些鎂合金雖然具有較高的強度，如AZ系、ZK系等鎂合金，可以運用到工業生產，但其強化方式主要為固溶強化、細晶強化等，這些固溶進去的溶質原子和密集的晶界作為鎂基面滑移位錯的強釘扎點，導致阻尼性能大大降低，因而不能解決高速化和大功率化后所引起的振動和噪聲問題。隨著鎂合金研究的發展以及應用領域的拓展，解決高強度AZ系、ZK系等變形鎂合金力學性能和阻尼性能之間的矛盾，開發同時具有高阻尼和優良力學性能的鎂基材料成為了一個急待解決的重要問題。現在一般的思路是從高阻尼鎂合金出發，主要通過添加合金元素和復合強化等手段來提高其力學性能，此類研究多集中于純鎂、鎂鋯合金、鎂錳銅合金等高阻尼鎂合金及其復合材料，但從目前的研究來看，仍然存在阻尼性能好但力學性能不夠高、力學性能好但阻尼性能變差或者工藝復雜性能不穩定等問題，不能滿足工程應用的要求。如CN1888108(專利號為200610010326.8)公開了一種"高強韌高阻尼變形鎂合金及其制備方法"，為了解決鎂合金的阻尼性能與力學性能的矛盾，提出了向純鎂中添加固溶度小的銅和硅等合金元素，減少位錯弱釘扎點的數量，提高阻尼性能。添加鋯和錳等細化晶粒的合金元素，提高合金力學性能，不僅對鑄錠進行常規熱擠壓,還進行強烈塑性變形(ECAP，MDF)，調整晶粒取向，并得到超細晶組織，同時提高強韌性和阻尼性能。但應該看到該技術并沒有得到預想的效果，只能使得抗拉強度和屈服強度達到212MPa和135MPa，阻尼性能Q"達到0.023;而且還存在材料性能未通過工業化生產的檢驗，且工藝復雜等問題。參考現有文獻，發現釔元素多是用來提高鎂合金的耐蝕性和耐熱性的，如N.Birbilis等在《CorrosionScience》(2009,51:683)上發表的《Onthecorrosionofbinarymagnesium-rareearthalloys》一文中京尤指出了稀土元素的力卩入可提高鎂合金的防腐蝕性能。但稀土元素對鎂合金力學性能和阻尼性能的綜合影響卻少有報道。CN1297676C(專利號為200410081258.5)公開了一種含稀土釔的高塑性鎂合金，該鎂合金由Mg、Zn、Zr、Y組成，其各組分質量百分含量為Zn:5.08.5%;Zr:0.60.8%;Y:0.72.0Q%，剩余部分為鎂和不可避免的雜質。但它屬于ZK系鎂合金，雖然其在保持傳統高強鎂合金強度的基礎上，能使其塑性大大提高，但由于其成本較高、且不能適用于大規模的商業應用，使用范圍受到很大的局限。
發明內容有鑒于此，本發明的目的是解決現有AZ系商用鎂合金存在力學性能和阻尼性能相矛盾的問題，提供一種成本較低，力學性能和阻尼性能都得到大幅度提高的新型AZ系商用鎂合金材料。本發明的目的是通過以下技術方案實現的，本發明所述含稀土釔的高強度高阻尼變形鎂合金由Mg、Al、Zn、Y、Mn組成，各組成成分質量百分含量為Al:2.9%3.1%;Zn:0.9%1.1%;Y:0.5%20/o;Mn:0.29%0.31%，其余為Mg和不可避免的雜質。本發明鎂合金較好的組成為，各組成成分質量百分含量為Al:2.99%;Zn:1%;Y:0.5%;Mn:0.3%，其余為Mg和不可避免的雜質。本發明不可避免的雜質為Si、Fe，其總量<0.1%。本發明含稀土釔的高強度高阻尼變形鎂合金，可按照通常的鎂合金的冶煉方法得到，然后進行均勻化處理，最后在擠壓機上進行熱擠壓，可加工出各種形狀的鎂合金產品。相比現有技術，本發明的優點在于1、本發明提高高強度變形鎂合金力學性能和阻尼性能的效果明顯通過向AZ系商用高強度變形鎂合金中加入稀土元素釔，能使高強度變形鎂合金力學性能和阻尼性能都得到大幅度的提高，材料強度的提高可使安全承受范圍內最大外載荷提高，有利于工業應用，而阻尼性能的大幅度提高有利于減震降噪，能滿足汽車、列車及航空航天器高速化的要求。2、本發明中，加入稀土元素釔后，鎂合金中原有的p-MgnAh2相消失，析出了新相A12Y，且晶粒明顯長大。A12Y較P-Mg17Al12更彌散的分布到晶粒的內部，起到了良好的強化效果，使合金的屈服強度明顯提高，另外由于稀土元素釔具有獨特的核外電子排布，它的加入會改善鎂合金液和熔渣的物理化學性質，諸如表面張力、流動性、粘度、夾雜溶解度等，有利于非金屬夾雜的球化，提高鎂合金液除雜效果，凈化合金溶液，改善合金組織，因此也改善和提高了鎂合金的力學性能。所以晶粒雖然明顯長大，合金的屈服強度卻反而上升，但晶粒的長大使位錯運動的阻礙大為減少，使得合金的阻尼性能大大提高。3、目前釔元素多是用來提高鎂合金的耐蝕性和耐熱性，而本發明將其運用到了改善力學性能和阻尼性能方面，并取得了良好的效果——阻尼性能和力學性能都得到了大幅度提升。本發明通過向AZ系商用高強度鎂合金中添加稀土元素釔，在保證抗拉強度不變的情況下，屈服強度從185MP提高到了210MPa，提高了近14%;阻尼性能在應變振幅為5X10^時，從Q"=0.055提到到了Q"=0.093，提高了69%以上。成功解決了AZ系商用鎂合金力學性能和阻尼性能的矛盾，可滿足高速列車、汽車、航空航天和國防軍工等領域對高強高阻尼輕量化材料的實際需求。4、本發明屬于AZ系鎂合金，因不含鋯元素，鎂合金成本較低，為應用范圍較廣的商業鎂合金；所采用的設備，包括熔煉爐、熱擠壓機等均為常規通用設備，可移植性強，工藝簡單成熟。圖1是編號為A的鎂合金擠壓態微觀組織金相照片(未添加稀土元素釔)；圖2是編號為B的鎂合金擠壓態微觀組織金相照片；圖3是編號為C的鎂合金擠壓態微觀組織金相照片；圖4是編號為D的鎂合金擠壓態微觀組織金相照片。具體實施例方式下面參照附圖并結合具體實施例，進一步闡述本發明，應理解的是，這些實施例是用于說明本發明，而不是對本發明的限制，本發明的保護范圍不限于以下的實施例。按照表1的配方，用鎂合金通常的冶煉方法，即可得到本發明的含稀土元素釔的高強度高阻尼鎂合金<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>按上述配方，依照以下方法冶煉，就能得到本發明的鎂合金:1.熔煉在半連續鑄造設備上進行。首先加入純鎂，在700。C純鎂完全熔化后，加入Al-Mn中間合金和純Zn，Al-Mn中間合金中Mn的質量百分比為9.8。待Al-Mn中間合金和純Zn也完全熔化后再按合金編號為B、C和D中含稀土釔的質量百分比加入稀土元素釔(Y)，Y是以Mg-Y中間合金的形式加入的，其中Y的質量百分比30.29。加料后進行攪拌并繼續加熱到750°C，靜置保溫30分鐘，之后降溫至72(TC澆鑄，得到B、C、D含稀土的鎂合金材料的鑄棒。取上述B、C、D含稀土的鎂合金材料鑄棒按下列步驟分別進行實驗2.機加工用車床車去鑄棒表面的氧化皮；3.均勻化處理；4.熱擠壓在擠壓機上對鑄棒進行熱擠壓，擠壓比為25，擠壓溫度為400°C，擠壓得到0)16mm的棒材；5.力學性能測試根據GB/T228-2002將擠壓棒材加工成標準拉伸試樣，進行拉伸試驗，測試出的力學性能見表2;6.阻尼性能測試用電火花線切割，將擠壓棒材加工成45mmx5mmxlmm的尺寸，然后在動態機械分析儀(DMA)上進行阻尼測試，測試出的阻尼性能見表2.表2擠壓棒材的力學性能和阻尼性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表2可以看出，加入稀土元素釔后，合金抗拉強度變化不大，但合金的屈服強度有了較大的提高，尤其是合金B，相對于未添加稀土元素釔的鎂合金，屈服強度提高了近14%。另外合金的阻尼性能更是有了大幅度的提升，在應變振幅為5><10—3時，未添加稀土元素釔的鎂合金的阻尼值g^0.055，而合金B的阻尼值高達g^0.093，提高了69%以上。雖然延伸率由于釔元素的加入有了一些下降，但仍然保持在11%以上，對塑性并沒有大的影響。圖1到圖4為A、B、C、D四種合金的擠壓態顯微組織照片。從圖中可以看出，隨著Y含量的增加，合金的晶粒逐漸增大，晶粒的長大使位錯運動的阻礙大為減少，使得合金的阻尼性能大大提高，另外，添加Y元素后，合金晶粒內部有點狀的析出物析出，這些析出物是Al2Y，它的彌散強化作用使得合金的屈服強度有了較大的提高。通過上述實施例可知普通商業高強度變形鎂合金通過本發明所述的添加稀土元素釔后，能使得力學和阻尼性能都得到大幅度的提升，本發明所述的高強度高阻尼變形鎂合金應用范圍廣泛，可滿足高速列車、汽車、航空航天和國防軍工等領域對高強高阻尼輕量化材料的實際需求。而且，本發明所用鎂合金材料成本較低，工藝設備為常規通用設備，可移植性強，且易于操作。權利要求1、一種含稀土釔的高強度高阻尼變形鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由Mg、Al、Zn、Y、Mn組成，各組成成分質量百分含量為Al2.9％～3.1％；Zn0.9％～1.1％；Y0.5％～2％；Mn0.29％～0.31％，其余為Mg和不可避免的雜質。2、根據權利要求1所述的含稀土釔的高強度高阻尼變形鎂合金，其特征在于，所述鎂合金各組分質量百分含量為Al:2.99%;Zn:1%;Y:0.5%;Mn:0.3%，其余為Mg和不可避免的雜質。全文摘要本發明公開了一種含稀土釔的高強度高阻尼變形鎂合金，其特征在于該變形鎂合金由Mg、Al、Zn、Y、Mn組成，各組分質量百分含量為Al2.9％～3.1％；Zn0.9％～1.1％；Y0.5％～2％；Mn0.29％～0.31％，其余為Mg和不可避免的雜質。本發明能使高強度AZ系變形鎂合金力學性能和阻尼性能都得到大幅度的提高，成功解決了鎂合金力學性能與阻尼性能的矛盾，可滿足高速列車、汽車、航空航天和國防軍工等領域對高強高阻尼輕量化材料的實際需求。而且，本發明所用鎂合金材料成本較低，工藝設備為常規通用設備，可移植性強，且容易操作。文檔編號C22C23/00GK101654755SQ20091019086公開日2010年2月24日申請日期2009年9月15日優先權日2009年9月15日發明者潘復生,王敬豐,亮趙,珊高申請人:重慶大學