[发明专利]高强度、耐燃、可挤出为管的航空级镁合金

说明书

本发明的实施方式包括尤其适用于可挤出航空级应用的基于镁的合金。本发明的合金提供机械性能、中空形状下的良好可挤出性和耐燃烧性的优异组合。优选地，基于镁的挤出合金组合物包含按重量计：7.0％至11.0％的Al、0.1％至0.8％的Zn、0.15％至0.65％的Mn、0.6％至1.5％的Ca、0.05％至0.6％的Y以及余量的Mg和不可避免的杂质。

技术领域

本发明涉及设计用于航空航天应用的高强度加工(wrought)镁合金。更具体地，本发明包括Mg-Al-Zn-Mn-Ca-Y合金，其是不可燃的并且改善了常规合金的可挤出性和机械性能。本发明还包括在选择的制造过程中制造合金的方法。

背景技术

在汽车和航空航天应用中，重量轻的材料越来越多地用来替代重的结构元件，以增加交通工具的燃料效率。钛和铝是用于降低结构应用中的重量的常见材料选择，但是镁合金是优异的，因为它们具有任何结构金属的最低密度并且可以实现比其他金属更高的比强度(强度重量比)。然而，存在阻碍市售合金在航空航天应用中的实施的重大设计挑战。

在航空航天应用中对于镁合金存在若干不同的挑战。主要挑战包括强度、可加工性、成本和可燃性。强度要求是直截了当的；因为镁主要与较高强度的铝和钛合金竞争，所以其必须具有高强度以替代任何现有应用。可加工性和成本要求是相关的并且取决于合金强度。大多数航空航天部件具有高强度或刚度与重量比的复杂形状。这些形状和强度/硬度要求以及不同的壁厚度都需要高度可加工的合金。具有中等或低可加工性的合金必须在较高温度和较低速度下挤出，以制造这些复杂的形状；这转化为高过程成本。尽管对于其他结构金属没有这种考虑，但商业航空航天应用中的镁合金也必须是不易燃的或点燃时可自熄的。由于要求镁合金的攻击性测试的严格的安全法规，要求耐燃性。所有这些标准必须满足以便镁挤出合金对于航空航天工业是商业上可行的。

单独地，对于这些挑战中的每一个存在解决方案，但是这些解决方案通常不兼容或矛盾。例如，铝或锌的高合金含量导致高强度，但是降低了可加工性，如在不可以管挤出的市售合金AZ80、以及仅能非常缓慢地以任何形状系数挤出的合金ZK60中可见的。添加钙有助于镁合金的耐燃性，但是它们也可以降低合金的强度、延展性和/或韧性。钇和稀土元素的显著添加(如在合金WE43中)导致高强度和耐燃性；然而，这种添加对于可加工性是有害的并且是成本高昂的。具有很少合金含量的贫合金易于加工且便宜，但是它们不能满足所有其他设计标准。对于满足以下所有基本设计标准的合金仍然存在需要：良好的机械性能、耐燃性以及可加工性和低成本。

发明内容

本发明涉及理想地适用于航空航天和汽车应用的镁合金。合金具有良好的耐燃性和可挤出性，以及比类似的常规合金优异的制造的机械性能。

本发明提供了结合不同范围的合金含量的实施方式，其提供了加工和机械性能的选项的灵活性和良好平衡。

根据本发明的一个方面，合金可以在以下组成范围内(按重量计)：约7.0至11.0％的铝、0.1至0.8％的锌、0.15至0.65％的锰、0.6％至1.5％的钙和0.05％至0.6％的钇，其余为镁和附带的或不可避免的杂质。

根据本发明的一个优选的实施方式，设想基于镁的挤出合金组合物包含，按重量计：7.0％至11.0％的Al、0.1％至0.8％的Zn、0.15％至0.65％的Mn、0.6％至1.5％的Ca、0.05％至0.6％的Y以及余量的Mg和不可避免的杂质。

第一优选的实施方式具有多个附加的可选特征。一个可选特征是其中所述Mn的含量为所述合金的约0.15wt％至0.3wt％。

另一个可选特征是其中所述Zn的含量为所述合金的约0.1wt％至0.35wt％。

另一个可选特征是其中所述Zn的含量为所述合金的约0.4wt％至0.6wt％。

另一个可选特征是其中所述Al的含量为所述合金的约8.3wt％至10wt％。