[发明专利]一种高韧性变形Mg-Zn-Nd-Zr镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁基合金及其制备方法，特别涉及一种汽车以及航天航空领域采用塑性成形方法制造相关结构件的高韧性变形Mg-Zn-Nd-Zr镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金由于具有密度低，比强度与比刚度高等优势，因而被广泛应用于汽车及航天航空领域。但是，由于镁合金为密排六方结构，是一类塑性变形能力低、压力加工性能差的金属结构材料，故镁合金结构件大多是采用铸造方法成形的。

与铸造镁合金相比，变形镁合金具有更高的强度、更好的塑性及更多样化的规格，在拓宽镁合金材料的应用领域方面具有极大的优势。目前商业应用最为广泛的变形镁合金材料主要有ZK60(δ＝9～14％，σ_b＝304MPa，σ_0.2＝236MPa)、AZ31(δ＝14～17％，σ_b＝260MPa，σ_0.2＝195～200MPa。)、WE43(δ＝6～8％，σ_b＝238MPa，σ_0.2＝131MPa。)等，但这些合金的韧性偏低，难以采用锻造等压力加工工艺进行复杂结构件或承重结构件的制造。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足，针对现有商业化变形镁合金成形性能的不足，提供一种新型的高韧性变形镁合金及其制备方法。通过在Mg-Zn-Zr系合金的基础上加入稀土元素钕(Nd)，改善合金的韧性，并结合挤压后的时效处理，进一步提高合金的强度，以更好地满足上述工业领域的需求。

本发明给出的技术方案是：

这种高韧性变形Mg-Zn-Nd-Zr镁合金，其特点是以工业纯镁和工业纯锌为原材料得到Mg-Zn合金熔体，并以Mg-Nd和Mg-Zr中间合金的形式向其中加入适量的Nd和Zr，合金的化学成分为(重量百分比)：

这种高韧性变形Mg-Zn-Nd-Zr镁合金的制造方法是：

将工业纯镁和工业纯锌预热到100～200℃并在有SF₆/CO₂气体保护的坩埚电阻炉中熔化，当熔体温度达到680℃时，再分别将Mg-Nd和Mg-Zr中间合金加入Mg-Zn合金熔体中，熔炼过程中搅拌合金液，以确保合金元素的均匀分布；当固料全部熔化后，将合金熔体静置10分钟，再浇入金属模具中；

将镁合金铸锭预热至350℃，将挤压模具预热至350℃，利用金属挤压机将镁合金铸锭挤压成棒材，相应的挤压温度为370～390℃，挤压速率为0.5m/min，挤压比为17.5∶1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

使用本发明方法制造出的Mg-Zn-Nd-Zr系变形镁合金，在获得高韧性的同时，也确保了合金具有较高的抗拉强度和屈服强度，本发明的特点：

(1)由于选择了稀土元素Nd，在实现微合金化的同时可得到最佳的韧化效果，并可以最大限度地减少由于合金化而产生的杂质和夹杂；

(2)由于采用Mg-Nd和Mg-Zr中间合金的形式加入Nd和Zr元素，确保了合金成分的精确控制，使得该合金的制备工艺通用性强，操作简单。

具体实施方式

实施例1

按照质量百分比Zn4％、Nd0.8％、Zr0.5％、Mg余量的配比，将工业纯镁和工业纯锌预热到100～200℃，并在有SF₆/CO₂气体保护的坩埚电阻炉中熔化，当熔体温度达到680℃时，再分别将Mg-Nd和Mg-Zr中间合金加入Mg-Zn合金熔体中，熔炼过程中搅拌合金液，以确保合金元素的均匀分布；当固料全部熔化后，将合金熔体静置10分钟，再浇入金属模具中；

将镁合金铸锭预热至350℃，将挤压模具预热至350℃，利用金属挤压机将镁合金铸锭挤压成棒材，相应的挤压温度为370～390℃，挤压速率为0.5m/min，挤压比为17.5∶1。

采用上述工艺挤压后获得的棒材的室温拉伸性能为：断裂伸长率δ＝22.6％，抗拉强度σ_b＝264.9MPa，屈服强度σ_0.2＝177.1MPa。

实施例2