[发明专利]一种具有高室温成形性能含钙稀土镁合金板材及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高室温成形性能的含钙稀土镁合金板材及其制备方法。具体化学成分为：1‑3 wt%Zn，1‑3 wt%Al，0.1‑0.4 wt%Ca，0.1‑0.4 wt%Gd，0.1‑0.4 wt%Y，0‑0.2wt%Mn，余量为Mg。在此成分范围内的镁合金经过铸造（半连续水冷或固模铸造）及固溶处理（300‑450℃，保温12‑24h后空冷至室温），然后经过普通轧制或先挤压再轧制或先等温锻造再轧制等工艺制成一定厚度的板材，最后于300‑350℃退火30‑60min。用该制备方法制得的镁合金板材具有较高的室温成形性、良好的综合力学性能以及耐热、耐腐蚀性能。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种具有高室温成形性能含钙稀土镁合金板材及其制备方法。

背景技术

镁合金具有比强度高、比刚度高、减震性能好、电磁屏蔽性能优异和易回收等一系列优点。因此，其在航空航天、汽车和电子工业等领域具有较好的应用前景，拥有“21世纪的绿色工程材料”的美誉。

然而，由于镁合金具有密排六方结构，滑移系少，导致镁合金板材的室温成形性不佳，使其应用受到了一定的阻碍。板材成形性主要通过杯突值(IE值)来衡量。金属板材杯突试验，融合拉伸和胀形的工艺特点，是测定板材成形性能的重要试验方法之一，已成为一种测定材料成形性的标准试验。金属板的IE值越高，其成形性越好。

目前，改善镁合金的成形性主要有两种方式：一种方式是改进制备、加工方法；另一种方式是优化合金组分。

一些先进的镁合金制备、加工方法，如：等径角挤压(ECAP)、交叉轧制(CR)、累积轧制(ARB)、异步轧制(DSR)等虽然在一定程度上都改善了镁合金的基面织构，提高了镁合金的成形性能，但是其相比普通轧制方法生产效率低，因此没有得到广泛应用。相比而言，通过优化合金组分，添加能够改善、弱化镁合金基面织构的碱土和稀土元素，结合普通轧制的制备方法，是改善镁合金室温成形性的一种经济、有效的途径。

此外，由于镁是一种非常活泼的金属，其标准电极电位为-2.37V，在所有结构金属中最低，对其他结构金属呈阳极，极易与第二相或杂质元素引起电偶腐蚀。镁合金表面自然形成的氧化膜疏松多孔，对基体的保护能力较差，不适用于大多数的腐蚀环境，较差的耐蚀性严重制约了镁合金发挥其应用潜力。目前，提高镁合金耐蚀性能的主要途径有：提高镁合金的纯度；添加合适的合金元素；制备保护性的表面膜或涂层。研究表明，稀土元素的加入能有效提高镁合金的耐腐蚀性。

同时，由于镁与氧之间具有很高的亲和力，生成的氧化镁结构疏松，不能阻止内部的金属继续氧化，而且氧化镁具有很大的生成热以及导热性差等原因导致镁合金型材在加工过程中极易氧化燃烧。稀土作为一种有效的合金元素，由于其与氧的亲和力大于镁与氧的亲和力，因此被广泛的用于对镁合金阻燃的研究中。而稀土元素和碱土金属元素的复合添加对提高镁合金燃点具有更加明显的效果。

综上，通过优化合金组分，复合添加碱土及稀土金属等元素，进一步结合优化的挤压、轧制、等温锻造等加工工艺。不仅能够综合提高镁合金板材的力学性能、室温成形性、耐热、耐腐蚀等性能，而且相比等径角挤压、异步轧制等制备工艺具有更低的成本。

上海宝钢国际梁高飞等人报道了一种低成本、细晶粒、基面织构弱的镁合金板材及其制备工艺(公开号为US 2016/0024629 A1)。该镁合金的成分及质量百分比为0.4-1.0％的Zn，0.5-1.0％的Ca，0.5-1.0％的Zr，余量为Mg。其平均晶粒尺寸小于或等于10μm，织构强度小于或等于5。尽管Zr元素可以细化晶粒，但其在弱化织构方面远不如钙和稀土金属元素，本专利镁合金合金通过微量添加钙和稀土元素，经XRD测试织构强度仅为2.3-3.0，且成本也得到控制。