一种高塑耐热AZ系镁合金挤压材及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料技术及冶金技术领域，具体涉及一种高塑耐热AZ系镁合金挤压材及其制备方法。本发明专利技术的技术方案如下：一种高塑耐热AZ系镁合金挤压材，其合金组分的质量百分比为：Al含量为3～4.5％，Zn含量为0.8～1.2％，Mn含量为0.15～0.25％，Sm和La总含量为0.15～0.5％，杂质元素总含量小于0.05％，其余为Mg，其中Sm含量为0.1～0.45％，La含量为0.05～0.3％。本发明专利技术提供的高塑耐热AZ系镁合金挤压材及其制备方法，通过在AZ31镁合金基础上提高Al含量和微量组合添加稀土元素Sm和La，并通过挤压工艺参数的调整，降低镁合金的屈强比，提高镁合金的伸长率和耐热性。

High plasticity heat-resistant AZ series magnesium alloy extrusion material and preparation method thereof

The invention belongs to the field of metal material technology and metallurgy technology, in particular to a high plastic heat-resistant AZ magnesium alloy extrusion material and a preparation method thereof. The technical scheme of the invention are as follows: a high heat-resistant plastic AZ magnesium alloy extrusion material, the mass percentage of alloy component: the content of Al is 3 ~ 4.5%, the content of Zn is 0.8 ~ 1.2%, the content of Mn is 0.15 ~ 0.25%, Sm and La content was 0.15 ~ 0.5%, the total impurity content is less than 0.05%, the rest is Mg, the content of Sm is 0.1 ~ 0.45%, the content of La is 0.05 ~ 0.3%. The invention provides a high heat-resistant plastic AZ magnesium alloy extruded material and its preparation method, by increasing the content of Al and AZ31 in the combination of trace magnesium alloy on the basis of adding rare earth elements Sm and La, and through the extrusion process parameters adjustment, the lower yield strength of magnesium alloy, improve the elongation rate of magnesium alloy and heat resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种高塑耐热AZ系镁合金挤压材及其制备方法
本专利技术属于金属材料技术及冶金
，具体涉及一种高塑耐热AZ系镁合金挤压材及其制备方法。
技术介绍
镁合金是结构轻量化的理想材料，具有密度小、比强高、易回收利用，以及减振性、电磁屏蔽性和机械加工性能优良等优点，在汽车、航空航天、3C、国防等领域的应用拥有广阔的应用前景。目前工业通用镁合金主要分为铸造镁合金和变形镁合金两大类，变形镁合金可以通过锻造、挤压、轧制等工艺获得，相较于铸造镁合金，具有更高的强度、更好的延展性和更多样化的尺寸，应用也更为广泛。但是目前工业上广泛应用的AZ系镁合金存在绝对强度低(特别是高温力学性能低)，塑性成形能力差(特别是二次成形能力差)，以及耐蚀性差等问题，严重制约了镁合金材料的应用领域。其中AZ31变形镁合金的二次成形能力和耐热性亟待改善。例如，挤压态AZ31镁合金的拉伸性能(ASMhandbook:MagnesiumandMagnesiumAlloys)室温下分别为：屈服强度205MPa，抗拉强度275MPa，伸长率12％，屈强比(Rp0.2/Rm)0.745；高温(150℃)下分别为：105MPa，170MPa，39％，和0.618。可见，其屈强比较高，伸长率较低，高温时的屈服和抗拉强度均降低100MPa，分别只有室温的1/2和2/3左右，而且，其强度不能通过热处理工艺来提高。因此，如果通过合金成分的调整，并结合制备工艺的改进，能够改善AZ31镁合金的成形性以及耐热性，将具有重要意义。AZ系镁合金的耐热性差与合金中存在低熔点Mg17Al12相以及没有耐高温稳定沉淀相有关。在镁合金中稀土元素RE能够优先与Al元素生成热稳定性高的合金相，同时减少低熔点Mg17Al12相的析出，限制位错运动和改善晶界结构状态，从而提高镁合金的室温和高温力学性能，但是，大量添加昂贵的Nd、Y、Gd等稀土元素也会带来镁合金材料成本的显著增加，同样制约了镁合金材料的应用。因此，选择具有较低成本的La、Ce、Pr和Sm等轻稀土元素作为添加剂是目前耐热镁-稀土合金开发的重要方向。在申请号为201410309982.2的专利中，公布了在铝含量为3.5％～4.5％的镁合金中添加2.5％～3.5％的La和1.5％～3.0％的Sm以改善其耐热性的方法，虽然在150℃下抗拉强度可达到150MPa左右，但室温伸长率较低，最高不超过10％。一般来说，降低屈强比(Rp0.2/Rm)和提高伸长率可以提高金属材料的塑性变形能力。
技术实现思路
本专利技术提供一种高塑耐热AZ系镁合金挤压材及其制备方法，通过在AZ31镁合金基础上提高Al含量和微量组合添加稀土元素Sm和La，并通过挤压工艺参数的调整，降低镁合金的屈强比，提高镁合金的伸长率和耐热性。本专利技术的技术方案如下：一种高塑耐热AZ系镁合金挤压材，其合金组分的质量百分比为：Al含量为3～4.5％，Zn含量为0.8～1.2％，Mn含量为0.15～0.25％，Sm和La总含量为0.15～0.5％，杂质元素总含量小于0.05％，其余为Mg，其中Sm含量为0.1～0.45％，La含量为0.05～0.3％。所述的高塑耐热AZ系镁合金挤压材，其优选方案为，Al含量为3.5～4.5％，Zn含量为0.9～1.2％，Mn含量为0.15～0.2％，Sm和La总含量为0.35～0.5％，其中Sm含量为0.2～0.45％，La含量为0.05～0.3％。一种如上述的高塑耐热AZ系镁合金挤压材的制备方法，包括以下步骤：(1)熔炼铸锭：在保护气作用下，分别将按所述质量百分比称好的镁锭、铝锭、锌锭、无水MnCl2置于熔炉中，加热至710～715℃使其熔化，扒渣以去除漂浮在熔体表面的杂质，在熔体表面均匀撒上RJ-5熔剂作为覆盖剂，加入按所述质量百分比称好的Sm中间合金和La中间合金，升温至730～750℃，Sm中间合金和La中间合金熔化后继续加入RJ-5熔剂进行搅拌精炼，之后静置8～10min，待熔体温度降至710±3℃时进行扒渣，在保护气作用下浇铸预先加热至150～250℃的低碳钢模具中，得到镁合金铸锭；(2)均匀化：将步骤(1)所得镁合金铸锭置于马弗炉中，在400～420℃下保温10～12小时进行均匀化处理，随后空冷至室温，车削加工为Φ46mm×100mm的镁合金棒材；(3)热挤压：将步骤(2)所得镁合金棒材于350℃保温2小时后，利用反向挤压装置，在300吨油压机上进行热挤压，挤压温度为350℃，挤压出口速度为1.8～1.9m/min，挤压比为16:1～18:1，随后空冷至室温，得到挤压材。所述的高塑耐热AZ系镁合金挤压材的制备方法，其优选方案为，镁锭的纯度≥99.9wt.％、铝锭的纯度≥99.7wt.％、锌锭的纯度≥99.99wt.％，Sm中间合金和La中间合金的成分分别为Mg-30wt.％Sm和Mg-25wt.％La。所述的高塑耐热AZ系镁合金挤压材的制备方法，其优选方案为，所述保护气为CO2和SF6的混合气体，体积比为CO2:SF6＝100:1。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术在AZ31镁合金基础上，通过提高铝含量和微量组合添加稀土元素Sm、La，在镁合金中优先形成了热稳定性高的Al2Sm和Al11La3合金相，抑制了低熔点Mg17Al12相的形成，改善了晶界结构状态，经过均匀化和挤压工艺参数调整处理后，显著细化了镁合金组织，明显降低了室温屈服比，增大了室温伸长率，提高了高温(150℃)屈服、抗拉强度，最终得到了高塑耐热AZ系镁合金挤压材；(2)本专利技术的高塑耐热AZ系镁合金挤压材具有高塑、耐热的特点，具体表现为：室温下，该镁合金的抗拉强度为260～270MPa，屈服强度为145～165MPa，伸长率为22～28％，屈强比为0.55～0.65；高温(150℃)下，该镁合金的抗拉强度为180～200MPa，屈服强度为120～135MPa，伸长率为35～45％，屈强比为0.6～0.7；(3)本专利技术的高塑耐热AZ系镁合金挤压材，可通过低挤压比挤压变形获得，其中，挤压温度为350℃，挤压比为16:1～18:1，挤压工艺简单易实施。附图说明图1为本专利技术实施例1所得的高塑耐热AZ系镁合金挤压材的XRD谱图；图2为本专利技术实施例1所得的高塑耐热AZ系镁合金挤压材的典型金相组织图；图3为本专利技术的高塑耐热AZ系镁合金挤压材的拉伸试样尺寸图；图4本专利技术实施例2所得的高塑耐热AZ系镁合金挤压材的XRD谱图；图5为本专利技术实施例2的高塑耐热AZ系镁合金挤压材的典型金相组织图。具体实施方式结合本专利技术方案的内容，提供以下四个实施例，但本专利技术的保护范围不限于下述四个实施例。实施例1本实施例中高塑耐热AZ系镁合金挤压材，由以下质量百分比的合金组分组成：3.5％Al，1.2％Zn，0.2％Mn，0.45％Sm+0.05％La，余量为镁和不可避免的杂质元素。制备方法如下：采用电阻熔炼炉，在SF6与CO2体积比为1:100的混合气体保护气氛下，将Mg加热到715℃熔化，按组分的质量百分比加入Al、Zn和Mn，采用RJ-5熔剂对镁合金熔体进行净化处理和覆盖保护，按Sm和La的质量百分比加入Mg-30％Sm和Mg-25％La中间合金，升温至730℃，合金熔化后继续加入RJ-5熔剂进行精炼搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高塑耐热AZ系镁合金挤压材，其特征在于，其合金组分的质量百分比为：Al含量为3～4.5％，Zn含量为0.8～1.2％，Mn含量为0.15～0.25％，Sm和La总含量为0.15～0.5％，杂质元素总含量小于0.05％，其余为Mg，其中Sm含量为0.1～0.45％，La含量为0.05～0.3％。

【技术特征摘要】
1.一种高塑耐热AZ系镁合金挤压材，其特征在于，其合金组分的质量百分比为：Al含量为3～4.5％，Zn含量为0.8～1.2％，Mn含量为0.15～0.25％，Sm和La总含量为0.15～0.5％，杂质元素总含量小于0.05％，其余为Mg，其中Sm含量为0.1～0.45％，La含量为0.05～0.3％。2.根据权利要求1所述的高塑耐热AZ系镁合金挤压材，其特征在于，Al含量为3.5～4.5％，Zn含量为0.9～1.2％，Mn含量为0.15～0.2％，Sm和La总含量为0.35～0.5％，其中Sm含量为0.2～0.45％，La含量为0.05～0.3％。3.一种如权利要求1或2所述的高塑耐热AZ系镁合金挤压材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)熔炼铸锭：在保护气作用下，分别将按所述质量百分比称好的镁锭、铝锭、锌锭、无水MnCl2置于熔炉中，加热至710～715℃使其熔化，扒渣以去除漂浮在熔体表面的杂质，在熔体表面均匀撒上RJ-5熔剂作为覆盖剂，加入按所述质量百分比称好的Sm中间合金和La中间合金，升温至730～750℃，Sm中间合金和La中间合金熔化后继...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐启炽，付丽，李丹，王熙博，构培丽，贾伟涛，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21