[发明专利]一种高强韧镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧镁合金，其特征在于，镁合金的质量百分比组成为Sm：1.7wt％～2.5wt％，Mn：0.4wt％～0.8wt％，Ca：0.2wt％～0.6wt％，Zn：0.2wt％～0.6wt％，余量为Mg及不可避免的杂质。本发明通过控制Sm、Mg、Zn、Ca、Mn的添加量，一方面：稀土Sm与Mg、Zn、Ca形成大量的MgZnCaSm和MgZnSm纳米相，在合金组织中还存在大量的α‑Mn纳米相，这些纳米相起到强化镁基体的作用，提高了合金的强度，且该纳米相尺寸细小，能够弥散分布在镁合金基体上，对基体的延伸率影响不大，能够实现镁合金的抗拉强度为400MPa～450MPa，屈服强度为390MPa～420MPa，延伸率为15％以上。

技术领域

本发明属于镁合金技术领域，具体涉及一种高强韧镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、导热性好和阻尼减震性能优良等一系列优点，在航天航空、交通运输和移动通讯等领域有着广泛的应用前景。然而，传统镁合金的强度不高，导致其在实际应用中仍然面临一些挑战。目前，研究者们主要通过合金化、塑性变形和热处理等方法对镁合金的微观组织进行调控，以期获得综合力学性能优异的新型镁合金，进而满足实际应用需求。

已有研究表明，在镁合金中添加稀土元素能够显著提高合金的力学性能，如添加Gd和Y的镁合金，其经变形及时效处理后的抗拉强度达到500MPa，但由于加入高含量的稀土元素增加了合金的密度和成本，因此，需要开发低稀土含量的高强变形镁合金材料，以此来降低合金的成本。近年来，通过添加稀土Sm获得高性能变形镁合金材料受到很多关注。

专利(CN105088038A)提出了一种高导热耐腐蚀的Mg-1.5～6％Sm-0.001～1.2％Ca-0.5～3.0％Zn-0.3～2.5％Mn合金，其挤压变形工艺为：铸锭在350-420℃进行2-24h均匀化处理，挤压速度0.1-6mm/s，挤压比14-30，挤后水淬，但没有对挤压变形后的热处理工艺和挤压变形后的力学性能作出说明；管凯等通过对Mg-3.5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金进行挤压得到了细小的动态再结晶晶粒(～0.47m)，进一步经T5时效处理后，使得该合金的屈服强度达到了～416MPa，延伸率～5.1％；专利(CN111485453.A)提出了一种含钕钐轻稀土元素及高Mn含量的变形镁合金及其制备方法，其质量成分比成分为：钙：0.3-1.9％；铝：0.3-1.5％；锌：0.2-1.7％；锰：0.3-2.8％；轻稀土(钕或钐)：0.3-3.0％，材料通过均匀化处理和反向挤压可以获得抗拉强度达到368-435MPa的力学性能，延伸率4-13％，但这种合金的不足之处在于该专利合金在抗拉强度达到390MPa以上时的延伸率不到10％，表现出明显的强度和塑性不匹配。

目前，高强度、低断裂延伸率是高强变形镁合金材料普遍存在的问题，这大大限制了其应用，因此，开发高强度、高断裂延伸率对于推动镁合金材料的应用具有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有高强度的同时具有高延伸率的高强韧镁合金。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高强韧镁合金，其特征在于，镁合金的质量百分比组成为Sm：1.7wt％～2.5wt％，Mn：0.4wt％～0.8wt％，Ca：0.2wt％～0.6wt％，Zn：0.2wt％～0.6wt％，余量为Mg及不可避免的杂质；所述镁合金的微观组织中含有MgZnCaSm相、MgZnSm相以及α-Mn相；其中，尺寸在200nm以下的MgZnCaSm相、MgZnSm相占总MgZnCaSm相、MgZnSm相面积含量的80％以上，尺寸在5～20nm以下的α-Mn相占总α-Mn相面积含量的80％以上。

作为优选，所述镁合金的微观组织中含有不可动位错和c+a位错，所述不可动位错的占比为30～60％，所述c+a位错的占比为30％～60％。通过调整不可动位错和c+a位错的比例关系，即能够保持高的强度，也能够获得高塑韧性。