[发明专利]一种高均匀延伸率高加工硬化非稀土镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高均匀延伸率高加工硬化非稀土镁合金及其制备方法，其包括按重量百分比计的以下元素组分：Al 3.0～6.0％，Ca 0.5‑1.0％，其余为Mg。与现有技术相比，本发明制备的非稀土镁合金棒材晶粒尺寸10～30微米，合金抗拉强度大于245MPa，屈服强度大于125MPa，最大延伸率为27％，均匀延伸率超过20％，材料的加工硬化能力(抗拉强度‑屈服强度)和均匀延伸率显著高于现有的任何非稀土镁合金。

技术领域

本发明属于镁合金材料制造技术领域，涉及一种高均匀延伸率高加工硬化非稀土镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金作为最轻质的金属工程结构材料，具有较高的比强度和比刚度等优势，在电子产品及汽车工业领域具有广泛的应用前景。镁合金最突出的优点是质轻，纯镁的密度为1.74g cm³，相当于铝的2/3，钢的1/4。如果将镁大范围应用，将会有效地缓解当今社会所面临的环境污染和能源枯竭两大问题。另外，镁资源储量丰富，地壳中含量约为2.7％，仅次于铝和铁，海水中更是有取之不尽、用之不竭的镁元素。在传统铝铁矿产资源日益消耗的今天，丰富的镁资源可以为工业可持续发展提供大力支持。镁合金目前应用的主要瓶颈为其室温均匀延伸率和变形加工能力偏低，难以制备形状复杂的结构件。目前应用最广的商用镁合金为Mg-Al-Zn系AZ31合金，其屈服强度约为100～200MPa，抗拉强度约为200～260MPa，但均匀延伸率通常低于12％，无法在室温下承受大变形加工。

在镁中添加溶质合金元素是一种有效的提高镁合金室温塑性的方法。稀土元素，如Y、Gd、Nd等可以将镁合金的延伸率提高到15％以上，WE系列高性能镁合金(Mg-Y-Nd)已经得到商用，主要用于航天航空领域。

稀土元素具有价格高、密度大的缺点，无法满足量大面广的民用应用(如汽车等)需求。因此，非稀土镁合金的设计与制备是目前镁合金领域的主要研发方向。钙元素被认为是一种有效的合金元素，在近年得到广泛关注。公开号为CN103114231A的中国发明专利提出了一种Mg-Al-Ca合金及制备方法，其元素组成为Ca：4～12wt.％，Al：5～10wt.％，其余为Mg，且Ca/Al质量比为0.8～1.2；其成分为Mg-5wt.％Al-5wt.％Ca的挤压态合金室温屈服强度为310MPa，抗拉强度为333MPa，但延伸率仅为3％。公开号为CN111155011A的中国发明专利提出了另一种Mg-Al-Ca合金及制备方法，其元素组成为Al：3.5～4.5wt.％，Ca：1～4wt.％，其余为Mg，其抗拉强度为276～333MPa，延伸率为16.84～19.12％。公开号为104046868A的中国发明专利发明了一种Mg-Al-Ca-Mn高强度导热镁合金，其化学成分组成为Mn：0.5～2.0wt.％，Ca：0.3～1.5wt.％，Al：0.3～1.0wt.％，其余为Mg，其屈服强度为338～358MPa，抗压强度为346～375MPa，延伸率为5～10％。

可见，上述现有技术制备的Mg-Al-Ca合金仍存在着均匀延伸率较低的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种高均匀延伸率高加工硬化非稀土镁合金及其制备方法。所制得的镁合金棒材屈服强度不小于125MPa，抗拉强度不小于245MPa，最大延伸率为27％，均匀延伸率超过20％。

可见，本发明的材料的加工硬化能力(抗拉强度-屈服强度)和均匀延伸率显著高于现有的任何非稀土镁合金。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种高均匀延伸率高加工硬化非稀土镁合金，包括按重量百分比计的以下元素组分：Al 3.0～6.0％，Ca 0.5～1.0％，其余为Mg。当然，非稀土镁合金中还会包含一些不可避免的杂质元素，其含量一般小于0.02％。

进一步的，各元素组分中，Al与Ca的质量比为3～6:1。