[发明专利]一种超塑性镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温超塑性Mg-Zn-Er合金及其制备方法，具体涉及通过一定的合金成分、熔炼工艺及挤压条件等制备。该合金在较低温度范围内有显著的超塑性，是一种有潜在应用前景的可超塑性成形的镁合金材料，属于镁合金技术领域。

背景技术

21世纪，资源短缺及环境恶化成为影响人类可持续发展的首要问题。相对于日渐枯竭的多种金属矿物资源而言，镁以其丰富的储量在资源有效环保运用上更具优势。同样，镁合金作为一种最轻的节能环保结构材料在汽车、轨道、电子、航天、航空和国防军工等领域具有极其重要的工业价值和应用前景。尤其是近年来，环境污染日益加重，空气质量严重恶化，社会对汽车节能减排的要求也日益提高。镁合金(如AZ91和AM60等系列合金)作为汽车轻量化的首选材料之一，已成功运用在方向盘、仪表盘、变速箱壳体、脚踏板等多种零部件上，在一定程度上缓解了汽车尾气污染问题。然而，镁晶体结构为密排六方，低温下塑性差，加工困难，大大限制了它在汽车制造行业的广泛应用。

镁合金超塑性成形技术可以提高它的成形能力，开发形状复杂、尺寸精确、表面光洁的合金产品，进而克服镁合金低温下加工困难的问题。最初，镁合金早期超塑性研究的主要集中在晶粒对超塑性的影响，可将晶粒对合金超塑性影响的研究分为以下两个方面：(1)细晶对镁合金超塑性的影响。起初，镁合金超塑性早期的研究主要集中在晶粒细化对超塑性的影响。采用等径角挤压(ECAE)、快速凝固(RS)技术制得了晶粒度小于1μm的合金，该合金具有优异的超塑性变形能力。进一步的研究表明，晶粒细化有助于合金超塑性的实现。Backofen(AIME1969,245:1131-1132)开发了晶粒度为0.55μm的ZK60合金，在3.3×10^-3s^–1、270℃的条件下延伸率(δ)达1000％以上。(2)粗晶对镁合金超塑性的影响。随着研究的深入展开，发现具有粗大晶粒组织的镁合金仍具有超塑性。王渠东(高技术通讯2002,9:52-55)制备的轧制态AZ91合金，晶粒尺寸为11μm，高温延伸率为455％。张诗昌(武汉科技大学学报2008,31:547-551)制备的挤压态AZ31合金的晶粒尺寸为37.6μm，高温下的延伸率为214％。针对粗大晶粒下的超塑性现象，研究发现塑性变形过程中发生的动态再结晶是提高合金塑性的主要原因，这是因为塑性变形中发生的动态再结晶导致粗大晶粒组织消失，形成了更加细小的晶粒组织，可显著提升塑性。

由此可见，无论是晶粒粗大还是细小，在一定条件下(包括温度、变形速率)镁合金都可具有一定的超塑性，这也表明晶粒大小并不是限制镁合金超塑性实际应用的主要影响因素。随着研究的深入，发现目前制约镁合金超塑性技术实际应用的难题是提高生产效率和降低生产成本。可将这种瓶颈归结为：(1)如何获得高应变速率下的(≧1×10^-2)超塑性(δ≧100％)。提高镁合金的超塑性成形速率可降低生产成本，提高生产效率，增大生产规模，有利于镁合金超塑性成形技术的推广。(2)如何获得低温条件下的超塑性。镁及其合金的晶体结构为密排六方，低温(>220℃)条件下主要为基面滑移，滑移系少导致其塑性不佳。只有在较高温度下柱面和锥面滑移系才能够启动，改善镁合金的塑性。但温度太高往往导致镁合金晶粒粗化，恶化了合金的力学性能(强度)，同时提高了合金的加工成本。开发低温下具有超塑性能力的镁合金有利于超塑性成形技术在镁合金中的应用，降低生产成本，同时防止晶粒粗化。若以上两个问题不能很好的解决，则必然限制了镁合金超塑性成形技术的广泛应用和推广。