[发明专利]一种低稀土高强度变形镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金，特别涉及一种低稀土高强度变形镁合金及制备方法。

背景技术

近年来，随着能源供求的紧张，不可再生能源的大量消耗，能源危机逐渐凸显。为节约能源，各国对新材料的需求更加迫切，尤其是轻合金材料，如镁及镁合金材料。镁合金具有密度小、比强度高、优越的防震阻尼性能、极佳的电磁屏蔽性能等优点，是目前工业应用中最轻的金属结构材料。同时，相比塑料，其回收性更胜一筹，无环境污染，被誉为“21世纪重要的绿色工程金属结构材料”。然而，由于镁合金的绝对强度较低，塑性变形能力较差，大大的限制了镁合金在结构材料上的广泛应用，因此有必要开发高强镁合金以扩大镁合金的实际应用。

近些年，为了发展高强度镁合金，通常在镁合金中加入大量的Gd、Y等重稀土元素，这能够显著增加镁合金的强度，并且通过时效可进一步地提高强度，有良好的析出强化作用。T. Homma等人研究了挤压态Mg-10Gd-5.7Y-1.6Zn-0.6Zr (wt.%)镁合金，其抗拉强度可达到542MPa，屈服强度可达 473MPa。 C. Xu等人研究的Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr (wt.%)合金经过挤压、轧制和时效之后，抗拉强度可达505MPa，屈服强度为416MPa。尽管这些镁合金拥有优良的强度，但其高的稀土含量造成极高的制备成本，难以从根本上解决工业上需求的应用。因此，急需开发低稀土、低成本的高强镁合金，以从根本上扩大镁合金在工业中的应用。

ZK60作为Mg-Zn-Zr系变形镁合金的典型代表，具有较良好的强度、塑性和耐蚀性，其比强度可超过一些高强度铝合金。Y和Ce是ZK60合金中较为常用的合金元素。Y和Ce能够显著细化晶粒，可通过细晶强化方式来提高强度，而且Y和Ce的添加可形成合金相，可通过第二相强化来提高强度，同时稀土含量少可避免形成粗大的第二相。由于合金中含有一定量的Zn元素，进行简单的低温时效热处理，可促进细小弥散的第二相析出，有效阻碍基面位错的运动，大大提高合金的强度。因此，本发明拟在Mg-Zn-Zr合金基础上添加少量Y和Ce以开发出一种成本较低的低稀土高强度变形镁合金材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种低稀土高强度变形镁合金及制备方法，所述镁合金通过加入低含量的稀土铈与钇后，进行热挤压并且直接时效，可获得高的强度，同时保证较好的塑性。

本发明提供的低稀土高强变形镁合金，由Mg、Zn、Zr、Ce、Y组成，其各组分的质量百分含量为：Zn：5.10~5.60 wt.%；Zr：0.40~0.90 wt.%；Ce：0.90~1.30 wt.%；Y：0.40~2.30 wt.%；其余为Mg和不可避免的杂质。本发明不可避免的杂质为Fe、Si等，其总量小于0.03 wt.%。

本发明所述的一种低稀土高强变形镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a) 合金熔炼及铸造：按上述低稀土高强度变形镁合金计算配方备料，所用原材料为工业纯镁锭、纯锌锭、Mg-28.54wt.%Zr中间合金、Mg-30wt.%Ce中间合金、Mg-30wt.%Y中间合金。将纯镁及中间合金在烘箱中预热至200~250℃，保温1~2h；在SF₆+CO₂气体保护下，将镁锭放入坩埚中，加热熔炼；在720~740℃温度下，向镁熔液中加入烘干的Mg-Y和Mg-Ce中间合金，加入时应迅速将其压入液面以下，融化后搅拌均匀；待温度升至690~720℃时，按所述合金成分配比量加入纯锌锭，融化后搅拌均匀；将镁熔液温度升至740~760℃，加入Mg-Zr 中间合金，待熔化后搅拌2~5分钟，使成分均匀；在730~750℃静置30~60分钟，静置完毕后，打捞熔体表面浮渣，待温度降到690~710℃时，在SF₆+CO₂气体保护下，在200~300℃的铁模内进行浇铸；

b) 机加工：根据挤压机挤压筒的尺寸将上述铸锭锯切、车皮至合适尺寸；

c) 均匀化：在390~420℃温度条件下进行均匀化处理，保温时间为12~18h；

d) 热挤压：挤压前将均匀化处理后的铸锭和挤压模具在350~400℃预热2~3小时，挤压温度为390℃~420℃，挤压比为26:1，挤压速率为0.60~1.20m/min，获得直径为16 mm的镁合金棒材；

e) 时效处理：将挤压好的试样切样，放入油浴炉中，温度为150~200℃，时间为10~40h。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：