[发明专利]一种高强韧Mg-Al-Zn镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种高强韧Mg‑Al‑Zn镁合金，合金中各组分及其质量百分比为：Al：1.0‑3.0％，Zn：2‑4％，Gd：0.2‑1.0％，Zr：0.4‑0.6％；杂质元素包括Fe0.005％，Cu0.015％，Ni0.002％；其余为Mg。通过加入少量的Gd和Zr元素，以此来细化和改善铸态合金中Mg₇Zn₃、MgZn相和Mg₁₇Al₁₂相的形态和分布，不仅明显细化了铸态合金的晶粒大小，而且明显改善了分布于晶界的Mg₁₇Al₁₂相的形貌，使其转变为细小粒状颗粒；同时，将分布于基体中的Mg₇Zn₃和MgZn相弥散分布，大幅度提高了合金的强度和塑性变形能力。另外，根据Zr元素在Mg中的固溶度，对Zr含量进行了严格控制，对Al元素加入时机的严格控制与协同作用，有效避免了不溶化合物Al₃Zr相的析出，从而发挥了Zr元素对Mg‑Al‑Zn基镁合金组织的细化作用。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种高强韧Mg-Al-Zn镁合金及其制备方法。

背景技术

随着航空航天和汽车领域的快速发展，碳达峰和碳中和对装备减重的迫切需求，轻量化的镁合金材料已经成为工业应用金属结构材料的首选，不仅能够降低装备的重量，同时还能够降低能源消耗和排放，对于节能减排具有深远的重大意义。然而，由于镁是密排六方结构(hcp)金属，室温条件下的滑移系只有三个，这严重限制了其通过室温塑性变形成形的能力。因此，镁合金的强韧性仍不理想，一般不能达到像铝合金一样的塑韧性，这严重限制了镁合金的应用范围。然而，根据Hall-Petch原理，晶粒细化对提高镁合金力学性能的效果远比体心立方结构(bcc)和面心立方结构(fcc)的金属的更有效，因此，细晶强化是提高镁合金强韧性的主要方法之一。

目前，商用经济型变形镁合金仍以Mg-Zn和Mg-Al基为主，其中的Mg₇Zn₃、MgZn相和Mg₁₇Al₁₂相是主要的强化相，尤其Mg₁₇Al₁₂相铸态以粗大网状分布于晶界，这降低了合金的韧塑性和强度。因此，如何改善第二相的形态和分布是提高合金性能的关键。中国专利CN1563459A公开了一种高强度高塑性的Mg-Al基镁合金，价格低廉，但抗拉强度较低；专利CN106148785A公开了一种室温高延展性变形镁合金及其制备方法，该镁合金室温延展性达到了30-50％，但是其拉伸屈服强度在110MPa左右，远远不能满足工业应用的要求；专利CN1789457A公开了细晶粒高塑性含稀土变形镁含金，其实质是公开的Mg-Al-Zn-RE(Ce)，晶粒可以细化至100μm以下，但力学性能仍不够理想，不能满足抗拉强度大于260MPa的要求。