[发明专利]一种高强度高塑性变形镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金生产技术领域，尤其涉及一种高强度高塑性的变形镁合金。

背景技术

目前，镁-锌-锆合金(如ZK60镁合金)高强度变形材料较差的塑性使热挤压工艺条件很难控制。变形温度太低，不能充分开动镁基体所有的滑移系，并且合金第二相阻碍变形作用明显，出现“挤不动”现象。因为锌的熔点低，在合金组织中可以发现在枝晶臂间共晶成分偏析比较严重，因此变形温度过高则使合金在热加工时容易产生过热和过烧，挤压材表面质量差。以现有的ZK60镁合金为例(组成成分及其重量百分比含量为Zn：4.8～6.2％、Zr：≥0.45％、其他杂质元素：≤0.30％，余量为镁)，其在挤压态下室温平均抗拉强度286MPa，屈服强度205MPa，断后延伸率5.6％，其在150℃下的抗拉强度仅为170Mpa。

发明内容

本发明所要解决就是上述ZK60镁合金存在的问题，提供一种高强度高塑性的变形镁合金。

本发明各组分的重量百分比为：Zn：4.5～5.5％、Ce：0.5～2.5％、Ti：0.01～0.20％、Si：≤0.08％、Fe：≤0.01％、Cu：≤0.01％、Ni：≤0.002％、其他杂质元素：≤0.05％，余量为Mg。

本发明采用的制备方法包括以下步骤：

1、将工业镁锭、锌锭预处理后投入已准备好的干净的坩埚中加底熔剂熔化，底熔剂的用量约占炉料质量的1.5～2.5％，同时撒入覆盖剂，覆盖剂的用量约占炉料质量的0.3～0.5％，整个熔化过程时间控制在2～6h，且镁液最终温度控制在670～690℃；

2、熔化结束后，升温至780～810℃，分批而缓慢地加入氟钛酸钾和稀土元素铈，全部熔化后，捞底搅拌3～5min，使合金均匀化，其中稀土元素铈预热至300～400℃；

3、将合金液温度调整至750～760℃吹氩气精炼6～10min，同时加入精炼剂，精炼剂的用量约占炉料质量的1.5～2.5％；

4、将合金液升温至780～810℃静置10～20min；

5、降至690～710℃温度条件下，并在保护气氛下进行浇注，保护气氛通常为SF₆、CO₂、SO₂、干燥空气混合气体或混合气体保护气氛。

本发明采用的底熔剂、覆盖剂、精炼剂必须选用少含或不含MgCl₂的熔剂。

本发明通过加入金属钛和稀土元素铈，其作用主要表现在以下方面：

1)添加金属钛，避免使用金属锆产生堆积相，从而消除挤压制品表面的发黑现象，以便得到比较光亮的表面；

2)添加稀土元素铈，其晶粒内部几乎全部为镁，锌和铈以化合物的形式聚集在晶界上，可以有效的细化晶粒，从而提高合金的抗拉强度和伸长率；

3)添加稀土元素铈，铈和镁形成的耐热相Mg₁₂Ce，可以阻碍再结晶晶粒长大，从而挤压后得到细小的动态再结晶晶粒，对于提高合金的抗拉强度和伸长率均是有益的；

4)添加稀土元素铈，合金挤压过程中含有Ce和Zn的析出相粒子经破碎后沿着挤压方向呈带状弥散分布，从而有效提高合金的强度特别是成品的表面质量；

5)添加稀土元素铈，合金断口分布了大量韧窝，与ZK60合金相比较，韧窝深，且数量多，大小均匀，展示了更好的伸长率；

6)添加稀土元素铈，铈和镁形成的耐热相Mg₁₂Ce，一般以条状分布在晶界上或球状分布在晶内，可以有效地钉扎住晶界以及晶内位错运动，成为阻碍位错运动和晶粒变形的重要阻碍，保持了高温下材料内部有较高密度的位错，提高了高温下合金的强度；

7)添加稀土元素铈，合金挤压态下室温平均抗拉强度360MPa，屈服强度245MPa，断后延伸率7％；150℃时平均抗拉强度250MPa，断后延伸率大于11％。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：