[发明专利]一种高强韧变形镁合金及其制备方法

说明书

本发明为一种高强韧变形镁合金及其制备方法。该合金为Mg‑Bi‑Sn‑Zn‑Ca‑Y镁合金，其化学成分质量百分比为：Bi 2.0～4.5wt％，Sn 2.0～4.5wt％，Zn 0.8～1.2wt％，Ca 0.1～0.3wt％，Y 0.1～0.3wt％，其余为镁及不可避免的杂质；并且质量比Bi：Sn＝0.7～1.5：1。本发明得到的合金屈服强度360MPa以上，抗拉强度400MPa以上，延伸率12％以上；此外，合金表现出较好的阻燃效果，同时成本较低，易实现大批量生产。

技术领域

本发明涉及金属材料和金属材料加工领域，特别涉及一种高强韧变形镁合金及其制备方法；该新型镁合金可作为潜在的耐热镁合金材料。

背景技术

镁合金具有比强度高，比刚度高，铸造性能好，电磁屏蔽性能好，切削加工性能优良，同时易于回收再利用等诸多优点，使其在电子、航空航天和轨道交通领域得到了广泛的应用，尤其是随着现代汽车工业对减重和节能环保的需求越来越迫切，开发低成本的轻质高强镁合金以推进其产业化应用越来越得到各个国家的重视。

但绝对强度较低，耐蚀性差，室温成形能力差等原因大大限制了镁及其合金作为新型绿色结构材料的应用。目前大量使用的商用镁合金经变形后的强度也一般不超过400MPa。近年来，随着对交通运输工具轻量化要求的日益迫切，开发高强度镁合金及相应的加工制备方法对拓展镁合金的应用领域具有重要意义。已有大量研究工作通过各种方法来制备高强镁合金，包括添加大量稀土元素，采用大塑形变形等特殊加工方法。国内逐渐有一些高强镁合金被陆续开发出来，专利1(专利公开号：CN101892445A)公开一种高强镁合金，其合金成分为Gd 6～13wt％,Y 2～6wt％,Zr 0.3～0.8wt％,其抗拉强度大于600MPa，屈服强度大于540MPa，延伸率大于1％，但其需要采用非常规大塑性变形方法，且需进行20～100h的等温时效处理，制备工艺过程对生产条件要求较高，且含有大量稀土元素，这些都直接或间接增加了合金成本。专利2(专利公开号：CN104328320A)公开了一种高强度高塑性镁合金，其抗拉强度达到400MPa以上，屈服强度300MPa以上，延伸率8％左右，各组分质量百分含量为Ni：3.0～4.5wt％,Y:4.0-5.0％,Zr：0.01-0.1％，不可避免杂质元素≤0.15％，其余为镁。该合金具有较高的抗拉强度，但塑性一般，同时合金中含有大量的Y元素和Ni元素，极大提高了合金成本，难以大批量应用。专利3(专利公开号：CN105132772A)公开了一种低成本非稀土型高强镁合金及其制备方法，该合金为Mg-Bi-Ca-Mn镁合金，其化学成分质量百分比为：Bi2～10.0wt％，Ca 0.1～1.5wt％，Mn 0.1～1.0wt％，其余为镁。其抗拉强度395-412.4MPa，屈服强度383-402.8MPa，延伸率6％左右，该发明合金具有较高的屈服强度，但合金塑性偏低，在应用方面有很大的局限性。

由此可见，迫切需要开发出不含稀土或含有微量稀土的低成本高强韧的镁合金材料，以更好地满足消费电子、汽车等行业对高性能镁合金的要求，有利于拓展镁合金进一步的推广应用。

发明内容

本发明针对现有高强镁合金存在的大量使用多种稀土元素或高价合金元素导致成本过高，或是为了提高强度而采用特殊变形加工工艺以至难以实现大批量商业化生产，以及由于高强合金材料塑性偏低而限制其实际应用等问题，提供一种低成本高强韧变形镁合金及其制备方法。本发明为Mg-Bi-Sn-Zn-Ca-Y合金，并且质量比Bi：Sn＝0.7～1.5：1；制备中，在浇铸和热处理过程中，本发明无需保护气体保护，在大气氛围下可以直接浇铸；采用挤压和降温轧制相结合的加工方法，最终实现合金在100-150℃范围内的低温轧制。本发明得到的合金屈服强度360MPa以上，抗拉强度400MPa以上，延伸率12％以上。此外，合金表现出较好的阻燃效果，同时成本较低，易实现大批量生产。

本发明的技术方案是：