[发明专利]一种高塑性低稀土镁合金及其制备方法

说明书

一种高塑性低稀土镁合金及其制备方法，涉及金属材料和金属材料加工领域。按质量计由以下组分组成：Gd:7.0‑9.0％；Er:0.5‑1.5％；Zn:0.5‑2.5％；Zr:0.5‑1.0％；其余为镁和不可避免杂质。采用纯镁锭、纯锌块和Mg‑Gd、Mg‑Er、Mg‑Zr中间合金为原材料，通过熔炼制备出所述镁合金铸锭。通过对合金铸锭进行均匀化处理和热挤压得到挤压棒材，抗拉强度最低可达279MPa，延伸率可达25％‑35％。本发明工艺流程简单，合金稀土含量较少，开发成本较低，综合力学性能优良，应用前景广阔。

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Mg-Gd-Er-Zn-Zr高塑性低稀土镁合金棒材及其制备方法。该合金在室温下有优异的塑性，可作为室温塑性变形镁合金的坯料，应用前景广阔，属于镁合金技术领域。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，生产生活对材料的性能的要求越来越高，越来越多的材料被开采和利用。镁合金是金属中最轻的工程材料，因其较高的比强度和比刚度和较好的减震性等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、3C电子产品等领域。镁合金已成为航空航天、汽车等领域轻量化设计与降耗节能的首选合金。

但是，常见的镁合金也存在一些缺点，一般的铸态镁合金力学性能较差，组织缺陷较多，如：缩松、缩孔和夹杂物等。而且镁合金为密排六方结构，室温下滑移面与滑移系很少，不符合多晶体塑性变形时滑移系的数目要求(≥5个)，所以室温下镁合金很快就会断裂，室温塑性变形能力较差。这大大限制了镁合金的进一步应用。近年来，随着社会和经济的快速发展，各行各业对材料性能越来越高的要求，高塑性低成本的镁合金也急需被开发和利用。为了提高镁合金的塑性，人们尝试向镁合金中添加适量的稀土元素，添加稀土元素可以明显细化铸态合金的晶粒，促进热变形过程中动态再结晶的发生，并且会形成稀土相钉扎晶界或位错，使合金的强度有所提高。然而，仅通过添加稀土元素来提高合金的性能时，若想得到显著的效果，所需稀土的含量往往比较高，因此增加了合金的成本。鉴于此，开发一种廉价的，并具有较高的塑性、优异的性能的优良的镁合金变得尤为重要。

本发明中涉及一种高塑性低稀土镁合金棒材及其制备技术，开发设计了一种低稀土含量镁合金Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金，稀土元素Gd质量百分比含量为≤9.0％，Er质量百分比含量为≤1.5％，Zn质量百分比含量为≤2.5％，Zr质量百分比含量为≤1.0％，其余量为Mg和不可避免杂质。在该发明中通过调控挤压工艺参数(挤压温度、挤压比)制备镁合金棒材，其具有表面光洁、成形性好，塑性优异的特点，在工业应用上具有很大的潜力。

发明内容

本发明的技术目的主要是针对当前稀土镁合金价格昂贵，生产工艺复杂等问题，提供了一种高塑性低稀土含量镁合金棒材及其制备方法。本发明的低稀土镁合金在在室温下塑性可达27％，且成本较低，加工工艺简单。

本发明中合金各组分及质量百分比为：Gd含量为7.0-9.0％，Er含量为0.5-1.5％，Zn含量为0.5-2.5％,Zr含量为0.5-1.0％，其余量为Mg和不可避免杂质。本合金中总稀土元素及重量百分比小于等于10％。

本发明所提供的具有高延展性低稀土含量合金的制备方法，包括以下步骤：

1)配料：以纯镁锭、纯锌块和Mg-Gd、Mg-Er、Mg-Zr中间合金为原材料，按照所述的镁合金成分进行配料；

2)熔炼：设定炉温710-730℃，炉温升温至设置温度后，将预热至200-250℃的纯镁锭放入熔炼炉的坩埚中，待其熔化，再将预热至100-200℃的Mg-Gd、Mg-Er中间合金加入到镁熔液；接着将温度调至740-750℃，并保温10-15分钟，然后加入纯锌块和Mg-Zr中间合金，并保温10-15分钟，再捞取浮在溶液表面的浮渣并搅拌2-5分钟；整个熔炼过程在氮气(N₂)和六氟化硫(SF₆)混合气体保护下进行；