[发明专利]高含锌量的镁-锌-锰-铈系镁合金材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料，属于有色金属镁合金生产领域，特别涉及一种具有高强度和高塑性的高含锌量的镁-锌-锰-铈系镁合金材料。

背景技术

镁合金作为目前工业应用中密度最小的金属结构材料，与其他金属结构材料相比，具有高的比强度、比刚度，优良的阻尼性能，以及防磁、屏蔽、散热、易切削加工、易回收等许多特性，在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料。20世纪90年代以来，美国、日本、德国和澳大利亚等国相继出台各自的镁研究计划，将镁资源作为21世纪的重要战略物资，加强了镁及镁合金在资源、加工、应用等方面的研究开发。

为了镁合金的广泛应用，我国将镁合金的研究重点放在研究和开发高强高韧镁合金上面，抗拉强度一般要求超过300MPa。目前大部分高强镁合金材料都含有锆，一般是指Mg-Zn-Zr合金，其典型的合金牌号如ZK60。含锆镁合金具有较高的室温和高温性能，主要用于航天航空、军事等领域，但是其成本高，阻碍其应用范围。无锆镁合金是目前镁合金中最广泛的金属材料，但其强度低、挤压性能不好，机械性能远远不能满足将镁合金扩大到更广泛的工业领域的要求，因此发展新型不含锆的高强度高塑性镁合金具有非常重要的意义。

普通不含锆的Mg-Zn-Mn系镁合金中锌含量通常≤2％，这是由于Mg-Zn-Mn系镁合金在铸造后的凝固过程中，随着温度降低，Zn溶解度下降(100℃时降到2％以下)，当锌含量超过2％，过量的锌不能固溶到镁基体中，存在大量的Mg-Zn相，对成型性和韧性有不利的影响，所以Mg-Zn-Mn系合金的传统牌号主要为ZM21，ZM21合金具有中等强度，塑性一般。在ZM21合金基础上，发明人参与含铈的镁-锌-锰系镁合金(专利号200810069375.8)的研制，该合金相比ZM21合金明显提高了塑性，但是强度提高有限，没有达到高强度镁合金的范围；发明人也参与高含锌量的镁-锌-锰系镁合金(专利申请号200710078329.X)的研制，其断后伸长率一般不超过11％，其塑性不好，限制了应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种高含锌量的镁-锌-锰-铈系高强度高塑性镁合金材料，本发明材料与含铈的镁-锌-锰系镁合金相比，抗拉强度和屈服强度大大提高；与高锌含量的Mg-Zn-Mn系镁合金相比，综合力学性能得到明显提高；与Mg-Al-Zn系镁合金相比较，力学性能大大提高；与Mg-Zn-Zr系镁合金的典型牌号ZK60合金相比，力学性能相同，延伸率得到较明显的提高，成型性能较高，可替代ZK60用于金属材料的力学性能要求高的工业生产，如航空、军工等。

本发明的技术方案是所述镁合金由Mg、Zn、Mn和Ce组成，其各组分质量百分含量为：Zn：5.0～8.0％；Mn：0.5～1.25％；Ce：0.2～1.0％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。

本发明较好的技术方案是镁合金各组分的质量百分比为：Zn：5.8％；Mn：0.7％；Ce：0.5％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。

本发明不可避免的杂质为Al、Si、Ni、Cu、Fe，其总量≤0.15％。

按照通常镁合金的冶炼方法取得上述镁合金材料，进行均匀化处理，在挤压机上挤压成棒材，同时快速冷却，可以加工出各种镁合金产品。

本发明所述镁合金材料具有以下优点：

1.本发明所述镁合金材料与专利号为200810069375.8的低锌含量的含铈的镁-锌-锰系镁合金相比，提高了锌的含量，其中元素锌在后期均匀化退火过程中，可以固溶到镁基体晶格中，最高固溶度达6.2％，在热挤压后快速冷却，锌原子与镁基体形成固溶体，从而起到固溶强化作用，同时保证了足够数量的MgZn析出相和时效强化效果，因此，本发明所述镁合金材料与低锌含量的含铈的镁-锌-锰系镁合金相比，抗拉强度和屈服强度大大提高，使材料的力学性得到明显的提升。

2.本发明所述镁合金材料由于添加了稀土元素铈，在凝固过程中，其平均分配系数K≤1，铈主要富集在固/液界面的前沿，从图1可以看出，铈主要分布在晶界和枝晶间，对晶界具有钉扎作用，可以抑制晶粒长大，所得晶粒细小。