[发明专利]一种高强度Mg-Zn-Cu-Zr-Cr-Ca合金及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料工程技术领域，提出了一种高强度Mg‑Zn‑Cu‑Zr‑Cr‑Ca合金及其制备方法，采用固溶强化、细晶强化及第二相强化等手段制备出一种新型低成本、高强度Mg‑Zn‑Cu‑Zr‑Cr‑Ca合金。(1)在传统铸造Mg‑Zn‑Cu合金中加入Zr元素可以细化铸造合金晶粒，降低其他杂质元素对合金组织和性能的损害；(2)利用高压凝固技术进一步细化铸造Mg‑Zn‑Cu‑Zr合金凝固组织，改善Mg(Zn,Cu)₂共晶相的形态与分布；(3)加入Cr元素增加时效初期强化相形核数量，提高时效硬化速率；(3)加入Ca元素增加合金的抗蠕变性能，提高熔炼时的抗氧化性，更重要的是Ca在时效过程中能形成盘状Ca₂Mg₆Zn₃强化相，与Mg‑Zn系合金的主要强化相MgZn₂共同作用达到两相复合强化的效果。

技术领域

本发明涉及一种高强度Mg-Zn-Cu-Zr-Cr-Ca合金及其制备方法，属于金属材料工程技术领域。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有比强度高、压铸性好、切削性好、电磁屏蔽、减震降噪性能好、散热性好、易于再生循环等诸多优点，被誉为“21世纪绿色工程金属”，主要应用领域为航空、航天、汽车、便携工具、电子工业等，镁合金的广泛应用有利于减缓能源短缺和环境污染两大世界危机。

Mg-Zn-Cu合金是20世纪80年代发展起来的新型耐热镁合金，在Mg-Zn二元合金中加入Cu可显著提高固溶温度，有效提高时效强化效果。目前Mg-Zn-Cu合金在150℃以下的高温性能较好，已成功用于汽车发动机部件、推进器等需耐中高温的零部件上。但由于铸造Mg-Zn-Cu合金组织较粗大，且主要强化相Mg(Zn,Cu)₂共晶相多连成网状分布在枝晶间，不但Mg(Zn,Cu)₂相的强化作用不能够充分发挥，还会降低铸造Mg-Zn-Cu合金的力学性能。

为进一步提高Mg-Zn-Cu合金各项力学性能，技术人员尝试通过有效合金化、热处理或挤压工艺来改善第二相形态结构或生成新的高熔点、高稳定相，从而提高Mg-Zn-Cu合金系合金的耐高温性能。例如：专利CN 102071345 A公开了一种含Zr的Mg-Zn-Cu合金，其组分的重量百分比为：Zn 5～7％，Cu 0.5～2％，Zr 0.3～0.8％，余量为Mg，经充分热处理后最大抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达240～270MPa、160～190MPa和11～17％；J.Buha研究了时效处理对Mg-6Zn-2Cu-0.1Mn合金性能的影响，其峰时效合金最大抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达220～253MPa、121～168MPa和2.8～8.6％(J.Buha，Mechanicalproperties of naturally aged Mg-Zn-Cu-Mn alloy，Materials Science andEngineering A，2008，489:127-137)；赵冲研究了挤压工艺对Mg-Zn-Cu-Ce合金性能的影响，经不同挤压工艺处理后合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率分别达293～321MPa、215～282MPa和2.04～15.7％(赵冲，Mg-Zn-Cu-Ce合金组织与性能研究，重庆大学硕士学位论文，2012年)。

尽管上述方法对Mg-Zn-Cu合金的力学性能有所改善，但高温下合金中的强化相易长大为过时效相，其强化效果仍不理想。且贵金属元素(如Ce等)的引入也增加了合金成本。此外，单一的强化方式已不能满足工业生产对Mg-Zn-Cu合金的性能要求，而综合利用各种强化手段被认为是开发低成本高性能镁合金行之有效方法。

发明内容