[发明专利]一种高温高强韧变形镁合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种镁合金材料。本发明也涉及一种镁合金材料的制备方法。

背景技术

镁合金作为结构材料的突出优势是低密度，但目前镁合金材料普遍存在强度较低、高强低耐热性或高强低塑性等弱点，严重阻碍了镁合金在航空航天、交通运输及其他领域的广泛应用。例如，AZ(主要指AZ91)和AM(主要指AM50、AM60)系列铸造镁合金约占目前汽车用镁合金的90％，它们具有适当的室温强度、塑性及较好铸造性能，AZ31变形镁合金是目前商业化应用最广泛的变形镁合金，它具有较好的室温强度和良好的延展性，ZK60和MB25(国产牌号)则是应用较为广泛的室温高强变形镁合金，然而以上AZ、AM、ZK、MB系列镁合金只适用于室温场合，合金的力学性能随着温度的升高而急剧下降，极大地限制了其进一步应用。稀土(RE)元素合金化提高镁合金的强度和耐热性一直备受研究者的广泛关注，研究表明，以Mg-Gd-Y-Zr为代表的高稀土含量的Mg-RE1-RE2-Zr合金是目前使用常规方法开发的强度最高和耐热性最好的镁合金，其高温强度和稳定性甚至超过某些高温铝合金，固溶+时效处理中析出的大量弥散分布的纳米亚稳相β’是合金强度和耐热性得到提高的主要原因。但这类高强耐热镁合金是以牺牲合金塑性为代价来提高合金强度和耐热性，如T6态铸造Mg-10Gd-5Y-Zr合金室温和250℃抗拉强度均高于300MPa，而它的室温延伸率仅为2％，250℃的延伸率也只达到5％(Jun Wang，et al.，Effect of Y for enhance age hardening response and mechanical properties of Mg-Gd-Y-Zr alloys Mater.Sci.Eng.A，2007(456)78-84)，T5态热轧制Mg-10Gd-3Y-0.4Zr合金的室温抗拉强度更高，达到460MPa，但室温延伸率小于0.5％，200℃时其抗拉强度仍保持在400MPa以上，但延伸率也仅为6％(S.Kamado，Y.Kojima：Proc.of 3^rd International Magnesium Conference，ed.By G.W.Lorimer，The Institute of Materials，London，1997，327-342)，高强耐热但塑性差同样不利于镁合金的实际应用。

此外，目前对于稀土的加入方式，国内外的许多科研单位和生产厂家多以单一纯稀土方式加入，如Nd、Y、Gd、Dy、Er、Ho、La、Ce等(Ce也常以富铈混合稀土方式加入)。事实上，在选择稀土作为镁合金的合金成分时，应尽量考虑储量大、配分高的稀土元素，比如轻稀土中的Ce、La和重稀土中的Y或Gd，这样原料才有供应保障，才可持续发展，另外，还要考虑原料的价格和市场情况，比如轻稀土中将价值高、市场好的Nd、Pr分离出去剩余的Ce/La混合稀土，除掉贵重稀土(Tb、Dy、Lu等)后剩余的富Y稀土，这些稀土原料价格低，目前应用市场较少。以上考虑旨在开发出性能和成本均能被应用市场所接受的新型高性能镁合金材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有室温高强和高塑性的高温高强韧变形镁合金材料。本发明的目的还在于提供一种成本较低，利于推广应用的高温高强韧变形镁合金材料的制备方法。

本发明的高温高强韧变形镁合金材料组成成分及其质量百分含量为：Y：4.5-9.8％，Er：0.5-1.5％，Ho：0.3-1.0％，Zn：3.0-4.5％，Zr：0.2-0.6％，其它稀土元素：0.2-0.6％，不可避免的Fe、Cu、Ni、Si杂质总量小于0.03％，余量为Mg。

其中稀土元素是以Mg-RY中间合金的方式加入，RY组成成分及其质量百分含量为：Y：75-82％，Er：9-12％，Ho：5-8％，余量为其他稀土元素。

本发明的高温高强韧变形镁合金材料的制备方法为：按照产物中组成成分及其质量百分含量为：Y：4.5-9.8％，Er：0.5-1.5％，Ho：0.3-1.0％，Zn：3.0-4.5％，Zr：0.2-0.6％，其它稀土元素：0.2-0.6％，不可避免的Fe、Cu、Ni、Si杂质总量小于0.03％，余量为Mg的比例配制原料；所述原料为商业纯Mg、商业纯Zn、Mg-RY中间合金、Mg-Zr中间合金；原料熔化后进行熔炼、扒渣工序，保温静置后降温，利用水冷模具进行铸棒；所得镁合金铸棒经过高温匀质化处理后，在挤压机上热挤压成形得到镁合金产品。