[发明专利]一种含钕钐轻稀土元素及高Mn含量的变形镁合金及其制备方法

说明书

本发明公布了一种含钕钐轻稀土元素及高Mn含量的变形镁合金及其制备方法，属于变形镁合金材料领域；其组分按质量百分比为：钙：0.30~1.90%；铝：0.30~1.50%；锌：0.20~1.70%；锰：0.30~2.80%；轻稀土（钐或钕）：0.30~3.00%，余量为镁和不可避免的杂质（Si、Ni、Cu等）；所述镁合金的制备方法为：先熔化纯镁铸锭，充分熔化后，再加入金属钙、锰、轻稀土（钐或钕）等，充分搅拌之后浇铸成铸锭，随后进行铸锭的均匀化处理，经过反向挤压工艺挤压得出相应的挤压型材；通过熔炼、均匀化处理及后续挤压(反向挤压)工艺制备出了高强高塑性兼备的新型变形镁合金，其强度和韧性得到增强，有较好的力学性能。

技术领域

本发明属于镁合金材料领域，特别是涉及一种含钕钐轻稀土元素及高Mn含量的变形镁合金及其制备方法。

背景技术

随着经济的蓬勃发展，交通业的发展空间持续扩大，维奇的产生也快速增加，同时地球上能源也在不断减少，环境污染和能源耗尽已成重大问题，因此开发和发展绿色无污染、节能减损的材料具有举足轻重的意义。镁合金是工程上可以应用的最轻的结构材料，镁的密度仅有1.74g/cm³，只相当于铝的2/3，钢的1/4，同时镁合金比强度高、比刚度高以及铸造性能好，因此被誉为21世纪的“绿色工程材料”。同时正是由于镁合金具有上述独特的性能，符合节能减排、绿色无污染及其它特殊性能要求，使得镁合金在交通运输、国防军工、电子信息等工业中都有广泛的应用。但是，由于镁合金本身的强度比钢以及铝合金低，并且成型性和耐蚀性差，因此应用仍然受到限制。提高镁合金力学性能的方法已经被大量研究，向镁基体中添加适当的合金元素，在热变形过程中通过强烈的析出强化以及细晶强化等效应，可显著提高镁合金强度。向镁基体中添加高含量重稀土元素，如Gd和Y可以显著提升合金的力学性能，其经变形及时效处理后合金的抗拉强度高500MPa。可是，加入高含量的重稀土元素增添了合金的成本及密度。因此，需要其他合适的元素取代重稀土元素，来开发低成本高强变形镁合金。

近几年来有很多关于变形镁合金和Ca、Mn、Al、Zn及轻稀土元素（Sm, Nd）在镁合金中的作用的研究被广泛关注。本专利通过添加合金元素钙、锰、钐、钕等以充分利用细晶强化、沉淀强化和弥散强化，以期开发出新型的成本低廉、高力学性能的变形镁合金。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种含钕钐轻稀土元素及高Mn含量的变形镁合金及其制备方法，制备出强韧兼备的变形镁合金。

一种含钕钐轻稀土元素及高Mn含量的变形镁合金，其组分按质量百分比为：钙：0.30~1.90%；铝：0.30~1.50%；锌：0.20~1.70%；锰：0.30~2.80%；轻稀土（钐或钕）：0.30~3.00%，余量为镁和不可避免的杂质（Si、Ni、Cu等）。其他根据该合金成分进行多元合金化改性的合金成分（如添加少量的Sn、Sr、Ba、Ti等），也被本专利所保护。

所述的含钕钐轻稀土元素及高Mn含量的变形镁合金，抗拉强度为：368~435MPa，屈服强度为：360~421MPa，延伸率为：4~13%

一种含钕钐轻稀土元素及高Mn含量的变形镁合金及其制备方法，具体包括如下步骤：

(1) 准备原料：按Mg-Ca-Al-Zn-Mn-(Sm, Nd)变形镁合金组分质量百分比称取所需原料；

(2) 铸锭熔炼：在保护气体保护下，将原料分两批次加入：第一批次：加入纯镁加热至740~780℃，充分搅拌并待其全部熔化；第二批次：加入纯钙、纯钐、纯钕、纯锰或镁锰中间合金；充分搅拌3~6分钟，将熔液温度控制在700~750℃静置10~20分钟，清除表面的浮渣，浇铸至预热到200~350℃的铁模中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-(Sm, Nd)变形镁合金铸锭；