[发明专利]制备超细晶镁锌锰合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金领域，涉及一种超细晶镁锌锰系镁合金，特别涉及一种通过热处理和挤压变形制备超细晶镁锌锰合金的方法。

背景技术

镁合金综合性能优异，特别适用于轻质结构件，但是镁合金自身强度低和塑形变形能力差的特点限制了其作为结构材料的应用范围。为提高镁合金的强度及塑形变形能力，常采用以下两种方法：

一、优化合金成分：

通常向镁合金中加入一定量的锆，以锆作为镁合金的晶粒细化剂，可以显著地细化镁合金的铸态组织，进而提高镁合金的力学性能。但是锆元素价格昂贵，且熔炼过程中易烧损，阻碍了含锆镁合金的应用；目前含锆镁合金的使用量还不到镁合金总用量的1％，主要用于航空航天和军事等特殊领域。

二、对镁合金进行变形加工：

挤压、轧制或锻造处理可以显著提高镁合金的强度，但变形加工通常会降低合金的塑形。

镁-锌-锰系镁合金是近年来开发的一种不含贵元素锆的新型变形镁合金，经过双级时效热处理工艺后，其强度可以达到与含锆镁合金相当的强度水平，但其延伸率较挤压态却大幅降低，也远低于含锆镁合金。

细晶强化是目前已知的唯一一种可以同时提高变形镁合金强度和塑性的强化方式，因此，通过制备细晶镁合金从而提高镁合金的塑性和强度具有非常重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制备超细晶镁锌锰合金的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

制备超细晶镁锌锰合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、固溶处理：将镁合金在380℃～440℃保温12～20小时，冷却至室温；

2)、时效处理：将步骤1)处理后的镁合金加热至200℃～250℃，保温20～48小时，冷却至室温；

3)、挤压处理：将步骤2)处理后的镁合金在270℃～310℃进行挤压处理。

作为本发明制备超细晶镁锌锰合金方法的优选，固溶处理时温度为400℃～420℃，保温时间为14～18小时；时效处理时温度为220～240℃，保温时间为25～40小时；挤压时温度为280～300℃。

作为本发明制备超细晶镁锌锰合金方法的优选，所述镁合金化学成分为：Zn：5.0～6.5％wt；Mn：0.8～1.5％wt；不可避免杂质≤0.15％wt；余量为镁。

作为本发明制备超细晶镁锌锰合金方法的优选，挤压处理时挤压比为10-60，挤压速度1～10毫米/秒。

作为本发明制备超细晶镁锌锰合金方法的优选，挤压处理时挤压比为20-30，挤压速度2～5毫米/秒。

作为本发明制备超细晶镁锌锰合金方法的优选，固溶处理时采用水冷的方式冷却至室温，时效处理时采用空冷的方式冷却至室温。

本发明的有益效果在于：

本发明制备超细晶镁锌锰合金的方法，首先将铸态镁合金置于380℃～440℃保温12～20小时，此时铸锭中的偏析被消除，同时合金中的锌绝大部分都固溶入基体中，经过热水淬火后得到过饱和固溶；然后将镁合金热至200℃～250℃，保温20～48小时，此时合金中的发生严重的过时效，Zn元素几乎全部以MgZn₂的形式存在；最后，在270℃～310℃挤压处理时效后的镁合金，此时过时效产生的大量MgZn₂强化相在挤压过程中成为动态再结晶过程中的异质形核核心(MgZn₂相有两种形貌，分别是与基体共格的β₁和与基体半共格的β₂，β₁和β₂均为密排六方的晶体结构，且晶格参数与镁的晶体结构参数非常接近，为动态再结晶提供异质核心)；另外，均匀弥散分布的MgZn₂成为动态再结晶过程中的障碍，有效阻止晶粒长大，最终得到的挤压态镁合金晶粒极为细小(平均约为1μm)。

另外，本发明制备超细晶镁锌锰合金的方法热挤压时，挤压温度不高于320℃，并且严格控制挤压过程中的挤压速度，防止挤压过程中所产生的热量使得MgZn₂发生分解。

进一步，本发明制备超细晶镁锌锰合金的方法固溶处理时采用热水淬火，可以防止铸锭开裂，提高固溶度，从而增加时效处理时所析出第二相的含量。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为实施例及对比实施例所得镁合金样品拉伸时的工程应力应变曲线；

图2为实施例1所得镁合金的微观组织金相照片；