[发明专利]一种变形镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，更具体的说，涉及一种变形镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是所有结构用金属材料中重量最轻的，密度为1.75-1.90g/cm³，仅为铝合金的2/3，钢铁的1/4。与其他金属结构材料相比，镁合金具有高比强度、比刚度，减震性、电磁屏蔽性和抗辐射能力强，易切削加工、易回收等一系列优点，在汽车、电子电器、通讯、航空航天和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料。

本领域的技术人员知道，镁是密排六方晶体结构，室温滑移系少，室温塑性较差，导致其塑性变形困难，变形加工困难，特别是镁合金板材、管材、型材等二次成形更困难，而提高镁合金材料的加工性能是其推广应用的关键，因而，塑性差已经成为镁合金加工与应用上的一个瓶颈，改善镁合金的塑性也就成为其应用中亟待解决的技术问题之一。

国内外均十分重视变形镁合金的研究与开发，变形镁合金是指可用挤压、轧制、锻造和冲压等塑性成形方法加工的镁合金，目前，变形镁合金材料已开始向系列化发展，例如：Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Mn、Mg-Li、Mg-Al-Zn、Mg-Zn-Zr、Mg-Mn-Ce、Mg-Re-Zr等系列。其中，Mg-Al-Zn(镁铝锌)系合金是工业生产中应用最早，使用也是最广泛的变形镁合金，可以加工成板、棒、型材和锻件，属于该系的合金牌号有AZ31、AZ61、AZ80、AZ91等。Mg-Al-Zn系合金的主要特点是强度高，能够进行热处理强化，并有良好的铸造性能，其缺点是屈服强度不高和耐热性不佳。

进一步需要指出的是，在熔铸过程中，晶粒细化是提高变形镁合金综合性能、改善镁合金成型性能的主要途径之一。因为根据Hall-Patch公式：σ_y＝σ₀+kd^-1/2，式中σ_y为材料的屈服强度，σ₀为单晶体的屈服强度，d为晶粒尺寸，k为常数。由上式可知，晶粒越细，枝晶间距越小，屈服强度越高，同时硬度也越好。此外，晶粒细化可减少显微缩松、热裂倾向、提高耐腐蚀性以及产品的加工性能，均匀细小的等轴晶也是实现镁合金超塑性的关键。

目前镁合金晶粒细化的途径一般分为四种：1、等径角挤压；2、大挤压比热挤压(λ＞100)；3、形变热处理；4、熔铸过程中的晶粒细化；前三种途径虽然细化效果显著，但对设备要求较高，难以实现大规模生产。

在熔铸过程中的晶粒细化即在浇铸前在镁合金熔体中加入适量的变质剂或少量的金属元素使晶粒细化，这是一种有效的细化晶粒的手段，可提高和改善合金的加工性能。传统的变质工艺主要有过热法、C₂Cl₆法和碳质孕育法。过热法由于温度高(1148℃-1198℃)，镁液氧化、吸气严重，镁液中铁量急剧增加，显著降低镁合金的抗蚀性等缺点而缺乏适用性。C₂Cl₆法是在熔炼中加入C₂Cl₆，可以同时达到除气和细化晶粒的双重效果，但由于生产过程中产生的Cl₂腐蚀严重，污染环境，已很少在工业上应用。碳质孕育法是目前普遍采用的工艺，其是将含碳的物质加入到熔体中，使该物质中的碳与合金中的金属形成中间合金，从而作为新的质点进行形核。目前生产中用于碳质孕育法的变质细化剂是MgCO₃，通过在合金熔体中添加MgCO₃，能够在合金熔体中产生大量细小而难熔的Al₄C₃质点，呈悬浮状态并在凝固过程中充当形核基地而细化晶粒；但是，MgCO₃在高温下会分解产生MgO夹杂和CO₂室温气体，易对镁合金熔体和环境造成污染，且细化效果一般，存在变质衰退等问题，对镁合金的塑性的提高有限。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的变形镁合金的综合性能不够优良，尤其是塑性较差、后期加工成型性能较差的技术问题。

本发明提供了一种变形镁合金，其各组分的重量百分比为：Al：6.15wt％-6.84wt％；Zn：1.05wt％-1.36wt％；Mn：0.20wt％-0.45wt％；Sc：0.50wt％-1.50wt％；余量为Mg。