[发明专利]一种多元微合金化高效挤压镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及金属材料领域，提供了一种多元微合金化高效挤压镁合金及其制备方法。本发明所述的合金按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：0.4‑1.1％、锰：0.4‑0.6％、钙：0.01‑0.05％、添加元素0‑1.6％、不可避免的杂质≤0.05％，余量为镁；所述的添加元素为锌或稀土的一种或任意组合，所述的锌：0‑1.0％、稀土为铈或钕的一种或组合，所述的铈：0‑0.3％、钕：0‑0.3％，合金化元素总含量≤3.4％。所述的制备方法包括：熔炼、重力铸造、高效挤压成形。本发明获得的合金屈服强度为212‑222MPa，抗拉强度为275‑285MPa，延伸率为12‑17％，屈服强度与元素总含量比值为86‑206MPa/wt.％，是目前商业化镁合金屈服强度与元素总含量比值的3‑15倍。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种多元微合金化高效挤压镁合金及其制备方法。

背景技术

镁及镁合金具有低密度，高比强度和比刚度，良好的阻尼减震性、电磁屏蔽性和生物相容性等一系列优点，由于镁合金在实现轻量化、器件轻薄小型化、减重节能等方面的显著贡献，被视为航空航天、汽车工业、3C行业、生物医学等产品的理想结构材料。尤其在汽车领域，采用镁合金材料在减轻重量的同时，还能降低能耗。然而镁合金的应用仍不及铝合金，这主要是因为镁的晶胞为密排六方结构，对称性低，室温下滑移系少，导致现有的镁合金仍然存在一些显著的缺陷：(i)屈服强度和抗拉强度较低；(ii)延伸率低、塑性差；(iii)抗蠕变能力差等。此外，通常铸态镁合金的晶粒较为粗大，且微观组织中存在一些铸造缺陷，例如疏松和缩孔等。因此，难以直接作为重要承载受力结构材料被使用。

据报道，合金化和挤压是改善镁合金材料组织与性能的有效手段，是镁合金棒材、型材、管材的主要生产方式。然而，针对目前使用最广泛的商业镁-铝-锌合金体系，例如AZ91、AZ31以及AZ80合金，这类合金中存在大量的低熔点镁铝相。在高效挤压过程中，会产生大量的挤压热，挤压速率越高，挤压热也越多，实际挤压温度越高，导致部分热稳定性差的低熔点第二相溶解到基体中，无法起到钉扎晶界和抑制晶粒长大的作用，造成材料的微观组织明显粗化。因此，现有商业镁-铝-锌系合金在挤压变形过程中易开裂，通常通过降低挤压速率来保证成形性，这导致其挤压效率低、能耗大、生产成本高，因此亟需开发兼具高热稳定性与高强韧性的高效挤压成形镁合金。

现有技术中，孙金凤等人公开了一种变形镁合金，其组分的重量百分比为：Al：5-7％、Zn：2-3％、Mn：7-9％、Li：3-4％、Zr：1-3％，其余为镁；上述合金的挤压速率可达20m/min，抗拉强度248-275MPa，屈服强度142-178MPa，该合金虽然可实现高速挤压成形，但是其屈服强度偏低，此外，合金中添加元素含量高达26％且含有较多贵重元素(Li和Zr元素)，这间接的增加了合金的熔炼难度和生产成本。现有技术中，Lee等人发表的题为“Extrusionlimit diagram of AZ91-0.9Ca-0.6Y-0.5MM alloy and effects of extrusionparameters on its microstructure and mechanical properties”的期刊论文，在实验材料中提到，所选用的材料为Mg-9Al-0.8Zn-0.9Ca-0.6Y-0.5MM，其中MM由重量百分比为75％的Ce和25％的La组成。热挤压变形前，对Mg-9Al-0.8Zn-0.9Ca-0.6Y-0.5MM合金进行了445℃/24h均质化处理，然而当挤压出口速率达到19.9m/min时，出现了明显的热裂现象，因此其挤压出口速率最大可以达到16.5m/min。该合金虽然实现了快挤压，但其屈服强度仅96MPa，抗拉强度仅122MPa，延伸率不足2％，无法满足实际生产对强度和塑性的需求。此外该合金元素总重量百分比较高(为11.8％)且变形前需进行长时间均质化热处理(445℃/24h)，这同样也增加了生产加工成本。

因此如何降低成本、简化生产工艺获得高强塑性的低合金含量镁合金是目前亟待解决的技术难题。

发明内容