[发明专利]快速时效硬化多元微量合金弱织构镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及金属材料镁合金领域，具体为快速时效硬化多元微量合金弱织构镁合金及其制备方法，该合金由以下成分组成：Zn:0.5‑2.0wt.％、Ca:0.1‑1.0wt.％、Sn:0‑1wt.％、锰0.05‑1wt.％，余量为商业纯Mg和不可避免的杂质，杂质含量小于0.02％；该合金的制备方法包括：熔炼、热挤压、多道次控制轧制、再结晶处理、低温时效等，其中低温时效包括：预变形拉伸后的低温时效和冷轧后的低温时效。再结晶处理后的镁合金经预变形拉伸和低温时效处理的合金晶粒平均尺寸2‑7μm，此外获得的镁合金具有良好的时效硬化效应，从EBSD图中可以看出：合金表现出沿着TD方向分布着的弱织构特征，极密度为4.0；另外镁合金同时具有良好的力学性能，合金屈服强度≥300MPa，延伸率≥15％。

技术领域

本发明涉及金属材料镁合金领域，具体涉及快速时效硬化多元微量合金弱织构镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金作为最轻的工程结构金属材料，拥有许多优异的性能，如高比强度、高导电导热性，高阻尼减震性，高静电屏蔽性，兼有良好的再生回用等优点，在航空、航天、汽车和通讯等领域选材中备受青睐。尤其在轻量化方面，具有难以替代的显著优势。然而，常用镁合金的屈服强度低，塑性变形能力差，在很多场合限制了其应用。

合金化是提高镁合金强度的一个重要手段，高含量(6wt.％)合金元素的添加有效提高镁合金的屈服强度(250MPa)。然而过量的元素引入容易造成铸造凝固过程中严重偏析，需要高温长时间热处理加以缓解；同时，高的合金元素添加容易导致后续加工工序复杂，可加工窗口窄，不仅增加合金的制备成本，还极大地消耗能源，不利于可持续发展。对于低合金含量镁合金，虽然其加工过程一般易于高合金含量镁合金，但是屈服强度低(200MPa)，远远达不到工业需求。

通常时效热处理可进一步提高合金的强度，然而目前常用的Mg-Al-Zn(AZ)系列商业镁合金，低温时效能力弱，峰值时效一般需要数十甚至上百小时；对于低合金含量的AZ系列合金，由于Al和Zn在Mg基体固溶度大(在200℃下，Al或Zn在镁基体中的含量可达2wt.％)，几乎不存在时效硬化响应。同时，变形镁合金一般表现出强织构特征，后续变形过程中位错滑移不易开启，塑性变形能力较差，因此急需发展新型弱织构、低温人工时效或室温自然时效能力强的低合金含量镁合金。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了快速时效硬化多元微量合金弱织构镁合金及其制备方法。

本发明的技术方案是：

快速时效硬化多元微量合金弱织构镁合金，由以下成分组成：Zn:0.5-2.0wt.％、Ca:0.1-1.0wt.％、Sn:0-1wt.％、锰0.05-1wt.％，余量为商业纯Mg和不可避免的杂质，杂质含量小于0.02％；

所述镁合金的制备方法包括如下步骤：

(1)在SF₆和CO₂的混合气体保护下，先将纯镁锭在坩锅中预热至500℃，然后升温至670-690℃进行熔化后加入纯锌、镁-钙中间合金和镁-锰中间合金，再加入纯锡，在670-690℃下保温15分钟，再经搅拌2-10分钟、氩气精炼、清渣处理后获得镁合金熔体，再将镁合金熔体静置、保温、浇注到模具中，获得镁合金铸锭或铸轧板，铸锭需要进行均质化和挤压处理，铸锭的均质化处理包括：将铸锭在315℃-480℃下保温8小时后冷却至室温获得均质化铸坯，再将铸坯进行挤压获得挤压板，其中，挤压温度410-480℃，挤压比20-80；

(2)将步骤(1)获得的铸轧板或挤压板进行固溶处理，固溶温度415℃-510℃，保温时间1h-3h后冷却至室温，再将固溶后的铸轧板或挤压板进行3-6道次轧制，获得轧制薄板，其中，每道次保温温度为250-330℃，保温时间为10-30分钟，总压下量≥80％，轧辊温度为100-120℃；

(3)将步骤(2)获得的轧制薄板在250-400℃下保温3-40分钟进行再结晶处理后冷却至室温后获得再结晶处理后的轧制薄板；