[发明专利]一种具有超塑性性能的镁合金及其制备方法

说明书

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种具有超塑性性能的镁合金，合金中各组分及其质量百分比为：Bi：8.0‑8.8％，Gd：1.0‑2.0％，Zr：0.4‑0.6％；杂杂质元素中Fe、Cu以及Ni的总量小于0.02％；其余为Mg。通过控制该镁合金中各组成成分元素的含量来控制第二相及LPSO结构在基体中的弥散析出，使最终制备的细晶镁合金不但具有较高的强度，还具有较高的塑性；在室温下塑性优异，伸长率可以达到37％以上，展现出优异的室温塑性。在150℃，应变速度为5.0×10supgt;‑3/supgt;ssupgt;‑1/supgt;条件下，伸长率可以达到400％以上，表现出超塑性，可作为一种潜在的可用于进一步室温塑性加工或超塑性成型技术加工的镁合金材料。同时经过燃点测试，本发明制备的镁合金在浇铸和热处理过程中表现出优异的阻燃性能。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种具有超塑性性能的镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金具有很多优点，比如轻质、电磁屏蔽性能、易回收的特点，被誉为“二十一世纪绿色金属工程材料”，逐渐被材料学家和工程技术人员所接受，用于替代钢材、铝合金等，是最具前景的金属结构材料。然而，镁是密排六方结构（hcp）金属，造成镁合金的室温塑性变形能力受限，只有当变形温度超过225℃时，柱面滑移和锥面滑移才能开动，改善镁合金的塑性。这严重影响了该合金在某些重要领域的应用，限制了该合金作为新型绿色金属材料的应用前景。然而，高温塑性变形不仅增加生产成本，而且有可能会降低材料的性能。因此，开发室温或较低温度下具有优异塑性变形能力的镁合金有利于实现镁合金在低温下、甚至室温下的塑性加工，提高产品性能和品质，同时降低生产的能耗成本，有利于镁及其合金作为新型绿色工程结构材料在汽车、轨道交通、航空等领域的广泛应用，具有重要的意义。

近年来，已有大量研究工作通过各种手段对室温塑性性能优异的镁合金进行研究。然而目前室温塑性性能较好的镁合金通常都使用了较高含量的稀土元素，合金的生产成本很高，并且通常力学性能并不理想，尤其是镁合金的超塑性性能鲜有提及。例如中国专利CN101381831A公开了一种高塑性镁合金，由于使用了价格昂贵的金属Li，同时还有较高的稀土元素。尽管合金的室温延伸率高达42-49%，但是由于Mg-Li合金的加工硬化强化效果非常有限，合金强度极低，因此其工程应用价值有限。另外由于合金中使用了大量的Y稀土元素和金属Li，造成合金的成本极高，因此该合金的实际应用价值受限。

由此可见，如何使用价格相对低廉的合金元素，控制合金设计和成本、运用简单的常规生产加工过程制备出具有优异室温塑性和具有超塑性特征的镁合金材料，在拓展镁合金的应用领域上意义重大。

发明内容

针对现有技术中的存在的技术题，本发明的目的在于提供一种具有超塑性性能的镁合金，通过在镁合金中添加价格相对低廉的金属Bi元素，成本较低；同时还加入了微量稀土元素即Gd和Zr元素，解决了现有技术中高强韧镁合金一般都含有大量稀土的问题，降低了连铸过程中材料开裂的风险，并可以起到强化作用，具有优异的室温塑性性能和超塑性性能；同时在浇铸和热处理过程中表现出优异的阻燃性能。本发明还提供了其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种具有超塑性性能的镁合金，合金中各组分及其质量百分比为：

Bi：8.0-8.8%，Gd：1.0-2.0%，Zr：0.4-0.6%；杂质元素包括Fe0.005%，Cu0.015%，Ni0.002%；其余为Mg。

更优选的，合金中各组分及其质量百分比为：

Bi：8.2-8.6%，Gd：1.2-1.8%，Zr：0.4-0.6%；杂质元素中Fe、Cu以及Ni的总量小于0.02%；其余为Mg。