[发明专利]一种可高速挤压的高性能变形镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可高速挤压的高性能变形镁合金材料及其制备方法，该合金由以下重量百分比的元素组成：Al 0.45～0.55％、Sn 0.35～0.45％、Ca 0.25～0.45％、Mn 0.70～1.10％，其余为Mg及不可避免的杂质元素，且Al和Sn的质量百分比之和为0.9％。本发明在镁中添加少量Al、Sn、Ca、Mn元素，通过Al、Sn固溶强化方式提高材料强度。低合金方式使得组织中第二相较少，且可能的第二相均为高熔点相。从而在该合金系列中开发出可高速挤压的高性能变形镁合金，挤压速度可以超过40m/min。该合金成本低，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种可高速挤压的高强度变形镁合金及其制备方法。

背景技术

随着人们对环境保护和节能减排的重视，镁合金作为目前可用的最轻金属结构材料，在汽车、高铁、航空航天、3C、工程机械等领域具有广阔的应用前景。然而，镁合金是密排六方金属结构，室温下，滑移系少，变形困难，最常采用的成形方式是热挤压。目前，商用牌号变形镁合金的挤压速度一般低于15m/min，而商用铝合金的挤压速度可达到每分钟几十米甚至上百米。较低的生产效率导致镁材的成本远高于铝材，降低了变形镁合金的市场竞争力。因而急需开发适合高速挤压的镁合金成分。

目前实现产业化的高强变形镁合金以Mg-Al系和Mg-Zn系为主，由于Al和Zn的含量高，合金组织中含有大量低熔点的Mg-Al和Mg-Zn相，高速挤压过程中的变形热会使低熔点熔化而导致型材开裂。因而开发高速挤压镁合金，必须消除组织中的低熔点相。

日本的T.Nakata等人通过低合金化开发了快速挤压Mg-Al～Ca～Mn合金，最大挤压速度超过30m/min，且热处理后强度可以达到6系铝合金水平。国内专利中，专利CN200810172222.6公开了一种用于高速挤压的变形镁合金，其组成成分的重量百分比分别为：Al 5～7％、Zn 2～3％、Mn7～9％、Li 3～4％、Zr 1～3％，其余为镁及不可避免的杂质元素。该镁合金的挤压速度可以达到20m/min，抗拉强度为248～275MPa，屈服强度为142～178MPa，延伸率为18～23％。该合金强度偏低，并且合金中含有较多的贵金属Li和Zr。专利CN201010152389.3公开了用于高速挤压的变形镁合金及其制备方法，该合金的组分的重量百分比为：Al 2～9％、Mn 0.1～1％、Si 0.1～3％、Ce 0.1～2％、Y 0.1～1％、Sr 0.1～1％、Sb 0.1～1％，其余为Mg9995。该合金可进行的挤压速度不小于15m/min，抗拉强度为280～350MPa，屈服强度为160～220MPa，延伸率为14～20％。该合金强度也不高，并且添加了较多昂贵的稀土元素Ce、Y等。专利CN201510675184.6公开了一种可高速挤压的变形镁合金及其制造方法，该合金的组分的重量百分比为：Bi 2～10％、Al 0.5～5％、Zn 0.1～2％、Mn 0.1～1％，其余为镁及不可避免的杂质元素。该合金可进行的挤压速度不小于20m/min，抗拉强度为321～330MPa，屈服强度为241～276MPa，延伸率为11～14％。该合金性能较高，但加入大量的Bi元素，也会导致成本的上升。合金成本的上升会阻碍其市场推广。

因此，针对现有技术中大部分变形镁合金难以高速挤压，并且挤压材的力学性能不高等问题，发明一种低成本的可高速挤压变形镁合金对于推动变形镁合金发展具有重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种可高速挤压(挤压速度不小于40m/min)的高强度变形Mg-Al-Sn-Ca-Mn镁合金及其制备方法。该镁合金材料中不含稀土元素，在低成本的同时，既提高了镁合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率性能，同时实现了超过40m/min的高速挤压。该合金是一种综合性能良好的新型变形镁合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：