一種高強(qiáng)度變形鎂合金及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種高強(qiáng)度鎂合金及其制備方法，屬于輕金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。按重量百分含量計(jì)，該鎂合金成分為：Zn2.0-6.5％，RE0.1-3.0％，Ca0.1-2.0％，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；還可含有晶粒細(xì)化劑Mn和/或Zr。Zn是合金中主要強(qiáng)化元素，它通過固溶強(qiáng)化和時(shí)效析出強(qiáng)化來提高鎂合金的室溫強(qiáng)度；Ca用于促進(jìn)析出、細(xì)化晶粒、提高合金高溫強(qiáng)度；少量RE用于抑制再結(jié)晶，細(xì)化變形后合金晶粒和調(diào)控織構(gòu)，改善合金塑性。本發(fā)明專利技術(shù)通過采用低廉的普通合金化元素代替昂貴的稀土元素，使之產(chǎn)生與稀土相同的強(qiáng)化效果，完全取代或者降低稀土含量，在保證強(qiáng)度的同時(shí)降低合金成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及輕金屬材料
，具體涉及一種高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金及其制備方 法。
技術(shù)介紹
鎮(zhèn)合金作為一種新型輕質(zhì)金屬材料，具有密度低、比強(qiáng)度高、抗沖擊、可循環(huán)利用 等一系列優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。尤其是伴隨著航空、高鐵等交通運(yùn)輸領(lǐng)域和航天等軍 工領(lǐng)域的高速發(fā)展，對高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的需求日益迫切。[000引 目前，商業(yè)用的高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金僅有AZ80 (Mg-SAl-O. 4Zn)和ZK60 (Mg-6Zn-0. 5Zr)。它們經(jīng)變形+時(shí)效熱處理后的抗拉強(qiáng)度約為300-350MPa，室溫伸 長率8%。而目前應(yīng)用在交通運(yùn)輸領(lǐng)域用作結(jié)構(gòu)件的鉛合金的抗拉強(qiáng)度普遍高于400MPa， 因此要使高強(qiáng)度鎮(zhèn)合金取代部分鉛合金應(yīng)用在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，迫切需要發(fā)展抗拉強(qiáng)度大于 400MPa，且成本與鉛合金接近的低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金。 通過向AZ80和ZK60合金添加少量稀±元素（1-3%RE)，利用H元析出相提高強(qiáng) 度，從而獲得高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金。如中國專利技術(shù)專利（專利技術(shù)名稱；一種高強(qiáng)高初可焊變形稀± 鎮(zhèn)合金，【申請?zhí)枴?00610172788.X)公開 了一種Mg-巧.5wt% ~6. 4wt% )&!-(0. 7wt. % ~ 1. 7wt% )Ym-化45wt%~0. 8wt% )Zr合金，該合金在擠壓態(tài)下，室溫平均抗拉強(qiáng)度為 340MPa。CN101805865A專利中公布了一種高強(qiáng)變形鎮(zhèn)合金，其化學(xué)成分為Al;7. 8~9. 2%， 化；0. 2~0. 8%，Mn;0. 2~0. 5%，0. 5~2. 0%的稀±，獲得的最大抗拉強(qiáng)度為360MPa，最 大室溫伸長率為11.5%。"一種高強(qiáng)度高塑性變形鎮(zhèn)合金及其制備方法"的專利中公開了 Mg-(4. 5wt% ~5. 5wt% )Zn-(；0. 5wt. % ~2. 5wt% )Ce-(0.Olwt. % ~0. 2wt%)Ti合金， 擠壓后的室溫平均抗拉強(qiáng)度為360MPa，屈服強(qiáng)度為245MPa，斷后延伸率7%。上述合金是 在ZK60或者AZ80的基礎(chǔ)上，加入少量稀±元素（1~3wt% )，提高合金的室溫強(qiáng)度、高溫 強(qiáng)度和焊接性能。但送些合金中添加的稀±含量較少，析出強(qiáng)化效果不理想，其變形態(tài)合金 抗拉強(qiáng)度均低于400MPa，不能滿足交通運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)p質(zhì)材料強(qiáng)度的要求。 隨后，人們通過降低化含量并增加稀±含量，使稀±含量達(dá)到lOwt%W上，發(fā)展 了高稀±低鋒的Mg-RE-Zn-Zr系合金，通過擠壓或者社制等工藝進(jìn)一步提高了合金的強(qiáng)度， 其強(qiáng)度可W超過400MPa，如專利CN101705404A公開的高強(qiáng)高初性鎮(zhèn)合金及其制造方法中 部分合金的強(qiáng)度達(dá)到 400MPa;還有文獻(xiàn)中提及Mg-10Gd-3Y-iai-0. 5Zr合金，經(jīng)擠壓和熱處理 后抗拉強(qiáng)度達(dá)到450MPa，伸長率達(dá)到6%。送類高稀±低鋒的Mg-RE-Zn-Zr系合金中由于 含有大量昂貴的稀±元素（合金中稀±含量大于10% )元素，導(dǎo)致合金成本成倍增加（鎮(zhèn) 20元/公斤，稀± 300-500元/公斤），因而送類高強(qiáng)度Mg-RE-Zn-Zr合金難W在工業(yè)上得 到規(guī)模化應(yīng)用。 綜上所述，現(xiàn)在開發(fā)出的變形高強(qiáng)度鎮(zhèn)合金，存在強(qiáng)度達(dá)不到要求或者強(qiáng)度達(dá)到 400MPaW上但成本太高等缺點(diǎn)。因此，迫切需要探索和發(fā)展一種抗拉強(qiáng)度大于400MPa的低 成本變形鎮(zhèn)合金，用W滿足交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)p質(zhì)高強(qiáng)材料的需求，推動高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合 金的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)程。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有變形鎮(zhèn)合金存在強(qiáng)度不足或者成本過高的問題，本專利技術(shù)提供了一種高強(qiáng) 度變形鎮(zhèn)合金及其制備方法，通過采用低廉的普通合金化元素代替昂貴的稀±元素，使之 產(chǎn)生與稀±相同的強(qiáng)化效果，完全取代或者降低稀±含量，在保證強(qiáng)度的同時(shí)降低合金成 本。 本專利技術(shù)技術(shù)方案是： 一種高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金，按重量百分含量計(jì)，該鎮(zhèn)合金成分為；Zn2. 0-6. 5 %， RE0. 1-3. 0%，CaO. 1-2. 0%，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中；RE為稀±元素，RE可W為 GcUY、Ce、La、Nd和化中的一種或幾種。 該鎮(zhèn)合金中還含有晶粒細(xì)化劑，所述晶料細(xì)化劑為Mn和/或Zr,所述Mn的含量為 0. 2-2.Owt% (優(yōu)選為 0. 3-1. 5wt% ),Zr的含量為 0. 01-0. 8wt% (優(yōu)選為 0. 3-0. 7wt% )。本專利技術(shù)鎮(zhèn)合金中，化含量優(yōu)選為2. 0-6.Owt%，RE含量優(yōu)選為0. 3-1. 5wt%，化含 量優(yōu)選為0. 2-1. 5wt%。 按上述合金成分混料并制得合金鑄錠，合金鑄錠經(jīng)過塑性變形熱加工，獲得本發(fā) 明高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金；所述塑性變形熱加工是進(jìn)行擠壓、社制或者鍛造等塑性變形加工。 本專利技術(shù)設(shè)計(jì)原理如下： 本專利技術(shù)通過在Mg-化合金中，添加少量稀±元素使其與Mg、化形成Mg-Zn-REH元 析出相，同時(shí)添加價(jià)格低廉的化元素使其與Mg、化形成Mg-Zn-化H元析出相，可W代替部 分Mg-Zn-RE析出強(qiáng)化相；添加少量Mn和或者Zr元素，細(xì)化鑄態(tài)晶粒，并結(jié)合RE和Ca元素 在變形過程中的晶粒細(xì)化作用，實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)化，既可W降低稀±的 含量，還可W進(jìn)一步提高強(qiáng)度，獲得一種低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金。 本專利技術(shù)通過科學(xué)選擇合金元素、優(yōu)化元素配比，調(diào)控析出相種類、數(shù)量和分布，增 強(qiáng)析出強(qiáng)化效果；同時(shí)細(xì)化合金鑄態(tài)晶粒和變形后合金的晶粒尺寸，發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化作用，利 用析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)化作用，提高鎮(zhèn)合金強(qiáng)度。 本專利技術(shù)通過添加特定合金元素調(diào)控組織結(jié)構(gòu)W提高力學(xué)性能，通過合金的成分設(shè) 計(jì)和組織調(diào)控，并利用塑性加工，獲得一種高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金。與商業(yè)高強(qiáng)ZK60\AZ80鎮(zhèn) 合金、高稀±高強(qiáng)鎮(zhèn)合金W及特殊工藝制備的高強(qiáng)度鎮(zhèn)合金相比，本專利技術(shù)具有一系列的優(yōu) 占. ；、、、? 1、本專利技術(shù)的高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金中稀±含量小于3%，其成本比高稀±含量的 Mg-RE-Zn-Zr合金的成本降低2/3。 2、本專利技術(shù)的高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到400MPaW上，遠(yuǎn)高于商業(yè)ZK60和 AZ80等高強(qiáng)鎮(zhèn)合金，并且成本只增加5%。 3、本專利技術(shù)的高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的制備可W通過工業(yè)用常規(guī)設(shè)備，如普通擠壓或者 社制即可實(shí)現(xiàn)，可W在現(xiàn)有工業(yè)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，無需通過特殊加工方式，加工成本 低。【附圖說明】 圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例1中低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的組織；其中；(a)鑄態(tài)組織， 化）擠壓后的組織。 圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例2中低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的組織；其中；(a)鑄態(tài)組織， 化）擠壓后的組織。 圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例3中低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的組織；其中；(a)鑄態(tài)組織， 化）擠壓后的組織。 圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例4中低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的組織；其中；(a)鑄態(tài)組織， 化）擠壓后的組織。【具體實(shí)施方式】W下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本專利技術(shù)技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述，所描述的實(shí)例僅僅是本 專利技術(shù)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，也并不是對本專利技術(shù)的限定。基于專利技術(shù)中的實(shí)施 例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā) 明保護(hù)的范圍。[002引表1為本專利技術(shù)實(shí)施例1-5中低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金Mg-Zn-RE-Ca-Mn-狂r)合金 化學(xué)組成（表中數(shù)據(jù)為化學(xué)分本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高強(qiáng)度變形鎂合金，其特征在于：按重量百分含量計(jì)，該鎂合金成分為：Zn2.0?6.5％，RE0.1?3.0％，Ca0.1?2.0％，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)；其中RE為稀土元素。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳榮石，閆宏，柯偉，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院金屬研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21