[发明专利]一种低温轧制高强韧变形镁合金及其制备方法

说明书

本发明为一种低温轧制高强韧变形镁合金及其制备方法。该合金为Mg‑Bi‑Y‑Zn‑Mn镁合金，其化学成分质量百分比为：Bi 3.0～6.0wt％，Y 2.0～3.5wt％，Zn 0.3～0.5wt％，Mn 0.01～0.08wt％，其余为镁及不可避免的杂质；并且质量比：Bi：Y＝0.9‑3:1。本发明得到的高强韧镁合金材料力学性能优异，并且现出较好的阻燃效果。

技术领域

本发明涉及金属材料和金属材料加工领域，特别涉及一种低温轧制高强韧变形镁合金及其制备方法；该新型镁合金可作为潜在的耐热镁合金材料。

背景技术

与其他金属结构材料相比，镁合金是最轻的商用金属结构材料，密度约为1.74g/cm³，具有比强度比刚度高，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工等优点，是继钢铁和铝合金之后发展起来的轻量化金属结构材料，具有广阔的应用前景。

但是，绝对强度较低，耐蚀性差，室温塑性差等原因大大限制了镁合金材料的应用。目前大量使用的商用AZ系镁合金和ZK系镁合金经变形后的强度也一般不超过350MPa，难以满足工程领域对高性能结构材料要求。因此，开发高强度镁合金及相应的加工制备方法对切实推进镁合金的应用具有重要意义。

近年来，随着对交通运输工具轻量化要求的日益迫切，已有大量研究工作通过各种方法来制备高强镁合金。专利1(专利公开号：CN101892445A)公开一种高强镁合金，其合金成分为Gd：6～13wt％,Y：2～6wt％,Zr：0.3～0.8wt％,其抗拉强度大于600MPa，屈服强度大于540MPa，延伸率大于1％，但其需要采用非常规大塑性变形方法，且需进行20～100h的等温时效处理，制备工艺过程对生产条件要求较高，且含有大量稀土元素，这些都直接或间接增加了合金成本。专利2(专利公开号：CN103290292A)公开了一种高强镁合金，其屈服强度可以达到350～380MPa，抗拉强度为410～450MPa，延伸率在6％左右，各组分质量百分含量为Cd 1.0～15wt％,Bi 2.0～10.0wt％,Zn 5.0～13wt％,Y 7.0～15.0wt％,Zr 0.4～1.0wt％,Nb0.1～5.0wt％，杂质元素Si、Fe、Cu、和Ni的总量小于0.02wt％，因合金元素种类较多且稀土含量高，不可避免增加合金成本，同时为保证混合均匀，需额外采用电磁搅拌连续铸造的方法制备合金锭坯料，变形后对合金进行热处理进一步提高了合金成本。专利3(专利公开号：CN104328320A)公开了一种高强度高塑性镁合金，其抗拉强度达到400MPa以上，屈服强度300MPa以上，延伸率8％左右，各组分质量百分含量为Ni：3.0～4.5wt％,Y:4.0-5.0％,Zr：0.01-0.1％，不可避免杂质元素≤0.15％，其余为镁。该合金具有较高的抗拉强度，但塑性中等，同时合金中含有大量的Y元素和Ni元素，极大提高了合金成本，难以大批量应用。专利4(专利公开号：CN105132772A)公开了一种低成本非稀土型高强镁合金及其制备方法，该合金为Mg-Bi-Ca-Mn镁合金，其化学成分质量百分比为：Bi：2～10.0wt％，Ca：0.1～1.5wt％，Mn：0.1～1.0wt％，其余为镁。其抗拉强度395-412.4MPa，屈服强度383-402.8MPa，延伸率6％左右，该发明合金具有较高的屈服强度，但合金塑性偏低，在应用方面仍受局限。

可见，开发出不含稀土或含有微量稀土的低成本兼具高强度和高塑性的镁合金材料，以更好地满足汽车、消费电子等行业对高强韧镁合金低成本、高性能的要求，将有利于拓展镁合金在未来进一步的推广应用。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种低温轧制高强韧变形镁合金及其制备方法。该合金为Mg-Bi-Y-Zn-Mn合金，合金中Bi元素和Y元素质量比：Bi：Y＝0.9-3:1；制备方法中，浇铸和热处理过程无需保护气体保护，在大气氛围下可以直接浇铸，其他镁合金大多需要在真空或保护气体保护下进行浇铸和热处理；采用挤压和降温轧制相结合的加工方法，最终实现合金在100-150℃范围内的低温轧制。本发明得到的高强韧镁合金材料性能优异，并且现出较好的阻燃效果。