[发明专利]一种具有高强度的变形镁合金及其挤压材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术及冶金技术领域，具体涉及一种具有高强度的变形镁合金及其挤压材的制备方法。

背景技术

镁合金具有密度小、比强高以及减振性、电磁屏蔽性和机械加工性能优良等优点，是结构轻量化的理想材料，近年来镁合金的研究与应用得到高度重视。但是，镁合金也存在熔铸困难大、强度低、塑性、耐热性和耐蚀性差等问题，其中，强度低、易发生屈服变形是镁合金应用领域受限的一种重要原因，因此，镁合金一般只能用作次受力件，这严重制约其应用领域。目前工业通用镁合金主要是AZ系和ZK系镁合金。AZ系变形态和热处理态合金的强度一般不大于300MPa，屈服强度一般不大于180MPa，屈强比一般在0.5~0.7左右，即使是有较高的强度ZK系镁合金，其变形态和热处理态强度和屈强比也不高，如ZK60挤压棒材T5态的抗拉强度为350MPa，屈服强度为285MPa，屈强比为0.814。因此，开发高强度变形镁合金及其产品是近年国内外镁合金研究领域的重要方向。

提高镁合金材料的强度，一般通过以下途径来实现：一种是采用复杂的制备工艺，如快速凝固工艺和强烈变形工艺等；另一种是通过颗粒或纤维增强复合材料来实现，但都存在无法制备大尺寸材料的问题。目前可用作结构材料的高强镁合金均通过高稀土合金化来实现，但随之而来的问题是合金材料昂贵，除了少量军事用途外，民用几无可能，同时还存在密度显著增加、塑性差以及高合金化带来的大体积凝固的热裂、偏析等问题。目前国内外所开发的高强镁稀土变形合金的强度范围一般在450MPa~500MPa范围，强度在350MPa~450MPa范围的高强镁合金稀缺，而强度在此范围的镁合金具有替代强度相当的2xxx铝合金的潜在优势，因此，此强度范围的变形镁合金开发对扩大镁合金的应用领域具有重要意义。

发明内容

针对强度在350MPa~450MPa范围的镁合金稀缺的问题，本发明提供了一种具有高强度的变形镁合金及其挤压材的制备方法，目的是得到抗拉强度在390MPa~420MPa，屈强比大于0.96，同时延伸率大于7%的新型高强变形镁合金。

本发明的一种具有高强度的变形镁合金是Mg-Zn-(Cu或Ni)－RE系镁合金，按质量百分比，2.0%~6.0%的Zn，1.5%~6.0%的Cu或Ni，0.1~0.5%的Y、Nd、Gd、Ce或MM（为富Ce混合稀土，其中 Ce>50%，其余为La，Nd和Pr），0~0.8%的Zr，Mg为余量，杂质Fe含量<0.005%，密度为(1.84~1.86) ×10³kg/m³。

制备本发明的一种具有高强度的变形镁合金的挤压材，按照以下步骤进行：

（1） 采用电阻熔炼炉或者燃气熔炼炉在五号熔剂保护下熔炼镁合金，将金属镁熔化并加热至730°C~740°C，按镁合金的质量百分比，加入2.0%~6.0%的Zn，1.5%~6.0%的Cu或Ni， 0.1~0.5%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，0~0.8%的Zr，制备Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金熔体，采用六氯乙烷与五号熔剂对熔体进行净化处理，经搅拌后，熔体降温至660°C~680°C进行铸造；

（2）采用低频电磁油滑半连续铸造，在SF₆+CO₂混合气体为保护气氛，电磁频率为30Hz，安匝数为6000AT的条件下，铸造规格为横截面直径为100mm~300mm的镁合金铸造锭坯，得到的镁合金铸造锭坯在410±10°C下退火10小时，然后定尺、扒皮，备用；

（3）采用反向挤压装置对定尺并扒皮后的Mg-Zn-(Cu或Ni)-RE系镁合金铸造锭坯在160-250℃条件下进行反向温挤压，挤压比>8.3，挤压速度为4.5~12m/min，得到Mg-Zn-(Cu或Ni)-RE系镁合金挤压棒材；

（4）将挤压后得到的Mg-Zn-(Cu或Ni)-RE系镁合金挤压棒材进行T5热处理，具体制度为加热到180°C~250°C，保温10~50小时。

所述的SF₆+CO₂混合气体中SF₆和CO₂体积比为1:10。