一種高強(qiáng)度變形鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輕金屬材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎮(zhèn)合金作為一種新型輕質(zhì)金屬材料,具有密度低、比強(qiáng)度高、抗沖擊、可循環(huán)利用 等一系列優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。尤其是伴隨著航空、高鐵等交通運(yùn)輸領(lǐng)域和航天等軍 工領(lǐng)域的高速發(fā)展,對(duì)高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的需求日益迫切。
[000引 目前,商業(yè)用的高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金僅有AZ80 (Mg-SAl-O. 4Zn)和ZK60 (Mg-6Zn-0. 5Zr)。它們經(jīng)變形+時(shí)效熱處理后的抗拉強(qiáng)度約為300-350MPa,室溫伸 長(zhǎng)率8%。而目前應(yīng)用在交通運(yùn)輸領(lǐng)域用作結(jié)構(gòu)件的鉛合金的抗拉強(qiáng)度普遍高于400MPa, 因此要使高強(qiáng)度鎮(zhèn)合金取代部分鉛合金應(yīng)用在交通運(yùn)輸領(lǐng)域,迫切需要發(fā)展抗拉強(qiáng)度大于 400MPa,且成本與鉛合金接近的低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金。
[0004] 通過向AZ80和ZK60合金添加少量稀±元素(1-3%RE),利用H元析出相提高強(qiáng) 度,從而獲得高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金。如中國(guó)發(fā)明專利(發(fā)明名稱;一種高強(qiáng)高初可焊變形稀± 鎮(zhèn)合金,【申請(qǐng)?zhí)枴?00610172788.X)公開 了一種Mg-巧.5wt% ~6. 4wt% )&!-(0. 7wt. % ~ 1. 7wt% )Ym-化45wt%~0. 8wt% )Zr合金,該合金在擠壓態(tài)下,室溫平均抗拉強(qiáng)度為 340MPa。CN101805865A專利中公布了一種高強(qiáng)變形鎮(zhèn)合金,其化學(xué)成分為Al;7. 8~9. 2%, 化;0. 2~0. 8%,Mn;0. 2~0. 5%,0. 5~2. 0%的稀±,獲得的最大抗拉強(qiáng)度為360MPa,最 大室溫伸長(zhǎng)率為11.5%。"一種高強(qiáng)度高塑性變形鎮(zhèn)合金及其制備方法"的專利中公開了 Mg-(4. 5wt% ~5. 5wt% )Zn-(;0. 5wt. % ~2. 5wt% )Ce-(0.Olwt. % ~0. 2wt%)Ti合金, 擠壓后的室溫平均抗拉強(qiáng)度為360MPa,屈服強(qiáng)度為245MPa,斷后延伸率7%。上述合金是 在ZK60或者AZ80的基礎(chǔ)上,加入少量稀±元素(1~3wt% ),提高合金的室溫強(qiáng)度、高溫 強(qiáng)度和焊接性能。但送些合金中添加的稀±含量較少,析出強(qiáng)化效果不理想,其變形態(tài)合金 抗拉強(qiáng)度均低于400MPa,不能滿足交通運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)p質(zhì)材料強(qiáng)度的要求。
[0005] 隨后,人們通過降低化含量并增加稀±含量,使稀±含量達(dá)到lOwt%W上,發(fā)展 了高稀±低鋒的Mg-RE-Zn-Zr系合金,通過擠壓或者社制等工藝進(jìn)一步提高了合金的強(qiáng)度, 其強(qiáng)度可W超過400MPa,如專利CN101705404A公開的高強(qiáng)高初性鎮(zhèn)合金及其制造方法中 部分合金的強(qiáng)度達(dá)到 400MPa;還有文獻(xiàn)中[T.Homma,N.Kunito,andS.Kamado,F油rication ofextraordinaryhigh-strengthmagnesiumalloybyhotextrusion.Scripta Materialia, 2009. 6U6) :p. 644-647]提及Mg-10Gd-3Y-iai-0. 5Zr合金,經(jīng)擠壓和熱處理 后抗拉強(qiáng)度達(dá)到450MPa,伸長(zhǎng)率達(dá)到6%。送類高稀±低鋒的Mg-RE-Zn-Zr系合金中由于 含有大量昂貴的稀±元素(合金中稀±含量大于10% )元素,導(dǎo)致合金成本成倍增加(鎮(zhèn) 20元/公斤,稀± 300-500元/公斤),因而送類高強(qiáng)度Mg-RE-Zn-Zr合金難W在工業(yè)上得 到規(guī)模化應(yīng)用。
[0006] 綜上所述,現(xiàn)在開發(fā)出的變形高強(qiáng)度鎮(zhèn)合金,存在強(qiáng)度達(dá)不到要求或者強(qiáng)度達(dá)到 400MPaW上但成本太高等缺點(diǎn)。因此,迫切需要探索和發(fā)展一種抗拉強(qiáng)度大于400MPa的低 成本變形鎮(zhèn)合金,用W滿足交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)p質(zhì)高強(qiáng)材料的需求,推動(dòng)高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合 金的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)程。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 針對(duì)現(xiàn)有變形鎮(zhèn)合金存在強(qiáng)度不足或者成本過高的問題,本發(fā)明提供了一種高強(qiáng) 度變形鎮(zhèn)合金及其制備方法,通過采用低廉的普通合金化元素代替昂貴的稀±元素,使之 產(chǎn)生與稀±相同的強(qiáng)化效果,完全取代或者降低稀±含量,在保證強(qiáng)度的同時(shí)降低合金成 本。
[0008] 本發(fā)明技術(shù)方案是:
[0009] 一種高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金,按重量百分含量計(jì),該鎮(zhèn)合金成分為;Zn2. 0-6. 5 %, RE0. 1-3. 0%,CaO. 1-2. 0%,其余為Mg和不可避免的雜質(zhì);其中;RE為稀±元素,RE可W為 GcUY、Ce、La、Nd和化中的一種或幾種。
[0010] 該鎮(zhèn)合金中還含有晶粒細(xì)化劑,所述晶料細(xì)化劑為Mn和/或Zr,所述Mn的含量為 0. 2-2.Owt% (優(yōu)選為 0. 3-1. 5wt% ),Zr的含量為 0. 01-0. 8wt% (優(yōu)選為 0. 3-0. 7wt% )。
[0011]本發(fā)明鎮(zhèn)合金中,化含量?jī)?yōu)選為2. 0-6.Owt%,RE含量?jī)?yōu)選為0. 3-1. 5wt%,化含 量?jī)?yōu)選為0. 2-1. 5wt%。
[0012] 按上述合金成分混料并制得合金鑄錠,合金鑄錠經(jīng)過塑性變形熱加工,獲得本發(fā) 明高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金;所述塑性變形熱加工是進(jìn)行擠壓、社制或者鍛造等塑性變形加工。
[0013] 本發(fā)明設(shè)計(jì)原理如下:
[0014] 本發(fā)明通過在Mg-化合金中,添加少量稀±元素使其與Mg、化形成Mg-Zn-REH元 析出相,同時(shí)添加價(jià)格低廉的化元素使其與Mg、化形成Mg-Zn-化H元析出相,可W代替部 分Mg-Zn-RE析出強(qiáng)化相;添加少量Mn和或者Zr元素,細(xì)化鑄態(tài)晶粒,并結(jié)合RE和Ca元素 在變形過程中的晶粒細(xì)化作用,實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)化,既可W降低稀±的 含量,還可W進(jìn)一步提高強(qiáng)度,獲得一種低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金。
[0015] 本發(fā)明通過科學(xué)選擇合金元素、優(yōu)化元素配比,調(diào)控析出相種類、數(shù)量和分布,增 強(qiáng)析出強(qiáng)化效果;同時(shí)細(xì)化合金鑄態(tài)晶粒和變形后合金的晶粒尺寸,發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化作用,利 用析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)化作用,提高鎮(zhèn)合金強(qiáng)度。
[0016] 本發(fā)明通過添加特定合金元素調(diào)控組織結(jié)構(gòu)W提高力學(xué)性能,通過合金的成分設(shè) 計(jì)和組織調(diào)控,并利用塑性加工,獲得一種高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金。與商業(yè)高強(qiáng)ZK60\AZ80鎮(zhèn) 合金、高稀±高強(qiáng)鎮(zhèn)合金W及特殊工藝制備的高強(qiáng)度鎮(zhèn)合金相比,本發(fā)明具有一系列的優(yōu) 占. ;、、、?
[0017] 1、本發(fā)明的高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金中稀±含量小于3%,其成本比高稀±含量的 Mg-RE-Zn-Zr合金的成本降低2/3。
[0018] 2、本發(fā)明的高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到400MPaW上,遠(yuǎn)高于商業(yè)ZK60和 AZ80等高強(qiáng)鎮(zhèn)合金,并且成本只增加5%。
[0019] 3、本發(fā)明的高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的制備可W通過工業(yè)用常規(guī)設(shè)備,如普通擠壓或者 社制即可實(shí)現(xiàn),可W在現(xiàn)有工業(yè)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),無需通過特殊加工方式,加工成本 低。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的組織;其中;(a)鑄態(tài)組織, 化)擠壓后的組織。
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的組織;其中;(a)鑄態(tài)組織, 化)擠壓后的組織。
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的組織;其中;(a)鑄態(tài)組織, 化)擠壓后的組織。
[0023] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例4中低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金的組織;其中;(a)鑄態(tài)組織, 化)擠壓后的組織。
【具體實(shí)施方式】
[0024]W下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述,所描述的實(shí)例僅僅是本 發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例,也并不是對(duì)本發(fā)明的限定?;诎l(fā)明中的實(shí)施 例,本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例,都屬于本發(fā) 明保護(hù)的范圍。
[002引表1為本發(fā)明實(shí)施例1-5中低成本高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金Mg-Zn-RE-Ca-Mn-狂r)合金 化學(xué)組成(表中數(shù)據(jù)為化學(xué)分析的結(jié)果,W質(zhì)量百分含量計(jì)),表1所述配方僅為保護(hù)范圍 內(nèi)的部分成分。表2為實(shí)施例1-5中合金經(jīng)過擠壓后的室溫拉伸力學(xué)性能。表3為現(xiàn)有商 業(yè)及研發(fā)的高強(qiáng)度變形鎮(zhèn)合金室溫力學(xué)性能。
[0026] 實(shí)施例1
[0027]