[发明专利]一种低变形抗力变形镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属合金技术领域，涉及一种低变形抗力变形镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是目前可用的最轻质的金属结构材料，具有比强度、比刚度高，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，被誉为“21世纪商用绿色环保和生态金属结构材料”。在航空航天、武器装备、汽车、3C产品等高新技术领域有着广泛的应用前景。随着近年来国际能源的日趋紧张以及环境保护问题，对结构材料轻量化要求日益迫切，更是极大地刺激了镁合金的发展。

由于镁为六方密堆积晶体结构，镁合金塑性变形能力较差，因此镁合金产品大部分使用铸造工艺来实现。目前的镁合金产品以铸件，特别是压铸件居多。但是，与铸造镁合金相比，变形镁合金具有更高的强韧性，并能获得更多样化的尺寸规格。因此，未来镁合金的主要发展之一，就是致力于开发应用具有优良塑性变形性能和使用性能的变形镁合金产品。在所有的镁合金塑性变形方式中，挤压变形能够最大限度发挥材料塑性。并且，挤压可获得棒、管、型材等多种镁合金变形材产品，在建筑、交通工具、航空工业等领域具有广阔的应用前景。因此挤压变形是获得镁合金变形材的主要手段。但由于镁合金固有的密排六方晶体结构问题，即便是采用挤压变形，塑性变形能力仍然较差。具体表现在挤压速率低（只有铝合金挤压速率的四分之一，否则，挤压产品出现横裂），大尺寸、形状复杂的薄壁挤压型材所需的挤压力太大造成挤压加工困难。目前，随着高速列车、轨道交通和航天工业的发展及其对轻量化迫切要求，对高性能（主要是高强度）、大规格、形状复杂的薄壁镁合金挤压型材需求日益迫切。因此，开发一种低变形抗力（减小挤压力）、变形后具有高的室温强度的新型变形镁合金具有重要意义。

目前所用的变形镁合金主要有Mg-Al系、Mg-Zn-Zr系、Mg-Li和Mg-Mn系。其中Mg-Zn-Zr和Mg-Li系成本高、制备比较困难，Mg-Mn系强度较低。Mg-Al系强度中等，成本较低，制备工艺较成熟，并且具有较好的可焊性和耐蚀性，因此是目前应用较广泛的变形镁合金系列。在Mg-Al系合金中还含有少量的锌和锰。其中AZ61合金（含铝6%左右）具有较好的强度与塑性配合，应用前景较好。

若能在AZ61变形镁合金的基础上，进行多元素微合金化，在提高变形材室温强度的同时，通过改变塑性变形机制，降低热加工变形抗力，无疑对解决目前镁合金大尺寸、薄壁、复杂形状型材制备中存在的，由于所需挤压力太大造成挤压困难和挤压材强度不足的问题具有重要意义。

发明人所在课题组曾经对“Mn和RE对AZ61变形镁合金组织和性能的影响”进行了研究（万元元，Mn和RE对AZ61变形镁合金组织和性能的影响[D]，郑州大学，2011年）。结果表明，在锰含量为0.7312%、稀土含量为0.39%时具有较低的变形抗力，但合金的强度较低；随着“Mn/RE”比的降低，强度有所提高，但变形抗力随之增加。课题组在此硕士论文的基础上进行的进一步研究表明，铝-锰相和稀土相的形态与分布对合金的变形抗力和室温强度具有显著影响。所以，在前期研究基础上，采取措施，在进一步降低合金变形抗力的同时，使变形材具有更高的室温强度具有重要的研究和实际价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种变形抗力低和型材室温强度高的变形镁合金及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种低变形抗力变形镁合金，在AZ61镁合金的基础上，以重量百分比计，其合金元素中Mn（锰）提高至 0.65-1.2%，同时添加RE（稀土） 0.4-1.0%、Bi（铋） 0.2-1.0%。

优选地，RE为Ce（铈）或富铈混合稀土。所述富铈混合稀土中铈含量大于60wt%。

制备方法，步骤如下：

①按合金元素的重量百分比组成备料：纯镁锭、纯铝锭、纯锌锭、无水MnCl₂、纯铈或富铈混合稀土、纯铋锭；（以上纯度均指工业纯）

②将铸钢坩埚加热至暗红，在坩埚内壁及底部均匀地撒上覆盖剂，加入经预热的纯镁锭、纯铝锭，并在其上均匀地撒上覆盖剂，温度升至700-740℃；

③待炉料全部融化后加入预热后的纯锌锭；

④待纯锌锭全部融化后，加入预热后的无水MnCl₂，加料时用氩气搅拌；待炉料熔化后，静置，再用氩气搅拌至合金成分均匀；

⑤升温至760-780℃，加入预热后的纯铈或富铈混合稀土和纯铋锭，保温后，人工捞底搅拌，再用氩气搅拌至合金成分均匀，静置后，清除锅底和表面的氧化渣；