[发明专利]一种半固态成形用镁合金及其半固态坯料制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种合金，本发明还涉及一种合金的制备方法。具体地说是一种半固态成形用Mg-Al-Si系镁合金材料及其半固态坯料制备方法。

(二)背景技术

20世纪70年代初，美国麻省理工学院的Flemings教授等提出了一种金属成形的新方法，即半固态成形技术。由于半固态金属具有特殊的流变性能，使得材料在制备及成形过程中具有良好的流动性能与变形性能，因此，金属流动阻力显著降低，塑性大大提高。此外，半固态金属非枝晶组织减少了凝固收缩，可实现近终成形，并提高了补缩能力，减轻或者消除了显微缩松，提高了材料的致密度、强度以及材料性能的均匀性。由于半固态金属成形具有上述诸多独特的优点，因此，自20世纪80年代后期以来，半固态金属成形技术得到了迅速的发展，特别是半固态Al-Mg-Si系合金得到了广泛的研究和应用，其中最具有代表性的是A356、A357合金，其半固态成形件经过热处理后具有相当优异的力学性能，已被应用于汽车结构件的生产。

然而，与铝合金半固态成形比较，镁合金的半固态成形技术发展较晚。但由于镁合金是最轻的工程结构金属材料，具有许多优异的独特性能，如比强度高、比刚度高、导电导热性好，兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能，良好的再生回用等优点，被认为是本世纪最有开发前途和应用潜力的“绿色工程材料”。因此，半固态镁合金的研究开发与应用受到格外重视，目前镁合金半固态成形研究已涉及AZ、AM、AE、AL、ZK、MEZ系等十余个镁合金牌号。遗憾的是，从目前国内外镁合金半固态浆料或坯料及其成形技术的研究开发来看，还主要集中在AZ91D、AZ61等少数几个应用最广泛的商业化传统镁合金牌号上，且多以工艺和设备的开发为主，可参阅美国Dow化学公司申请号为040589的“镁合金触变射铸工艺与设备”的发明专利。

众所周知，以AZ91D为代表的AZ(Mg-Al-Zn)系镁合金由于低熔点粗大Mg₁₇Al₁₂相在晶界处的非连续析出，使得其高温蠕变性能较差，温度高于150℃时拉伸强度迅速降低。为改善AZ系镁合金的高温性能，目前除通过微合金化(如加入微量Sr、Ca、稀土Ce等)以改善Mg₁₇Al₁₂相的形态、晶体结构及热稳定性外，还开发出AS(Mg-Al-Si)系如AS21、AS41铸造镁合金。然而，由于上述AS系镁合金中的Al含量较低，而且其中的Mg₂Si相易呈汉字状，导致其压铸性能变差，不适合用来制备半固态浆料或坯料，使得目前对AS系镁合金半固态浆料或坯料及其成形技术的研究报道较少。最近，杨明波等人研究了半固态等温热处理对Mg-6Al-1Zn-0.7Si合金显微组织的影响，见杨明波，潘复生“半固态等温热处理对Mg-6Al-1Zn-0.7Si合金显微组织的影响”，材料加工工艺，2008。结果表明，该合金经575～585℃，保温120分钟的半固态等温热处理，可以获得初生固相颗粒平均尺寸为48～67μm，液相分数为12～21％的半固态非枝晶组织。同时，经580～585℃，保温120分钟的半固态等温热处理，汉字状Mg₂Si相转变为粒状或多角形。遗憾的是，虽然该合金Al含量较高，但在此工艺条件下半固态等温热处理时间仍然太长，很难满足半固态金属触变成形实际工艺应用的需要。

目前，制备半固态金属坯料的常用方法有：机械搅拌法、电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法、半固态等温热处理法等。半固态等温热处理法是使合金坯料在半固态触变成形前的部分重熔(二次加热)过程中获得非枝晶组织的方法，该方法有效避免了液态镁合金的氧化燃烧，且工艺设备简单、成本低廉。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种既能充分发挥半固态成形技术的优势，克服目前AS21、AS41等标准牌号的AS(Mg-Al-Si)系镁合金因铝含量偏低而不适合半固态触变成形的不足，又能改善目前应用最广泛的商用压铸镁合金AZ91D的耐热性；同时，在制备半固态坯料的半固态等温热处理过程中，该合金中的固相α-Mg晶粒以及初生和共晶Mg₂Si相得到了双重球化的一种半固态成形用镁合金及其半固态坯料制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的半固态成形用镁合金的优选各组分及其重量百分比为：Al 8-10％，Si 0.7-3％，Zn 0.4-1％，Mn 0.25-0.6％，余量为Mg。