本发明专利技术为一种低成本高强韧变形镁合金及其制备方法。该合金为Mg‑Al‑Bi‑Ca‑Y镁合金，其化学成分质量百分比为：Al 6.0～8.5wt％，Bi 1.5～4wt％，Ca 0.02～0.1wt％，Y 0.02～0.1wt％，其余为镁及不可避免的杂质；并且，质量比Al和Bi元素的质量之和小于或等于合金总质量的10％。本发明专利技术合金的屈服强度360MPa左右，抗拉强度410MPa左右，延伸率15％以上；并且合金表现出较好的阻燃效果。
【技术实现步骤摘要】
一种低成本高强韧变形镁合金及其制备方法
本专利技术涉及金属材料和金属材料加工领域，特别涉及一种低成本高强韧变形镁合金及其制备方法；该新型镁合金可作为潜在的耐热镁合金及生物医用镁合金材料。
技术介绍
镁合金是目前最轻的商用金属结构材料，具有比强度比刚度高，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，可回收等优点，是继钢铁和铝合金之后发展起来的轻量化金属结构材料，在汽车、电子、电器、交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景，被誉为本世纪的绿色工程材料。但绝对强度较低，耐蚀性差等原因大大限制了镁及其合金作为新型绿色材料的应用。目前大量使用的商用AZ系镁合金和ZK系镁合金经变形后的强度也一般不超过350MPa，且变形加工能力有限，难以满足高性能结构材料等的加工和使用要求。因此，开发高强韧镁合金及相应的加工制备工艺对拓展镁合金的应用领域具有重要意义。逐渐有一些高强镁合金被陆续开发出来，如专利1(专利公开号：CN104328320A)公开了一种高强度高塑性镁合金，其抗拉强度达到400MPa以上，屈服强度300MPa以上，延伸率8％左右，各组分质量百分含量为Ni：3.0～4.5wt％,Y：4.0-5.0％,Zr：0.01-0.1％，不可避免杂质元素≤0.15％，其余为镁。该合金具有较高的抗拉强度，但塑性中等，同时合金中含有大量的Y元素和Ni元素，极大提高了合金成本，难以大批量应用。专利2(专利公开号：CN103290292A)公开了一种高强镁合金，其屈服强度可以达到350～380MPa，抗拉强度为410～450MPa，延伸率在6％以上，各组分质量百分含量为Cd：1.0～15wt％，Bi：2.0～10.0wt％,Zn：5.0～13wt％,Y：7.0～15.0wt％，Zr：0.4～1.0wt％，Nb：0.1～5.0wt％，杂质元素Si、Fe、Cu、和Ni的总量小于0.02wt％，因合金元素种类较多且稀土含量高，不可避免增加合金成本，同时为保证混合均匀，需额外采用电磁搅拌连续铸造的方法制备合金锭坯料，变形后对合金进行热处理进一步提高了合金成本。专利3(专利公开号：CN101892445A)公开一种高强镁合金，其合金成分为Gd：6～13wt％,Y：2～6wt％，Zr：0.3～0.8wt％，其抗拉强度大于600MPa，屈服强度大于540MPa，延伸率大于1％，但其需要采用非常规大塑性变形方法，且需进行20～100h的等温时效处理，制备工艺过程对生产条件要求较高，且含有大量稀土元素，这些都直接或间接增加了合金成本。专利4(专利公开号：CN105132772A)公开了一种低成本非稀土型高强镁合金及其制备方法，该合金为Mg-Bi-Ca-Mn镁合金，其化学成分质量百分比为：Bi2～10.0wt％，Ca0.1～1.5wt％，Mn0.1～1.0wt％，其余为镁。其抗拉强度395-412.4MPa，屈服强度383-402.8MPa，延伸率约为6％，该合金具有较高的屈服强度，但合金塑性偏低，在应用方面受到局限。由此可见，迫切需要开发出不含稀土或含有微量稀土的低成本高强韧镁合金材料，将极大地拓展镁合金在未来进一步的推广应用，具有重大的经济和社会意义。
技术实现思路
本专利技术的目的为针对现有高强镁合金存在的大量使用多种稀土元素或高价合金元素导致成本过高，或是为了提高强度而采用特殊变形加工工艺以至难以实现大批量商业化生产等问题，提供一种低成本高强韧变形镁合金及其制备方法。该合金为一种Mg-Al-Bi-Ca-Y合金，合金中Al元素和Bi元素的总含量和比例不能大于10％。合金制备方法方面，在浇铸和热处理过程中，在大气氛围下可以直接浇铸；采用挤压和降温轧制相结合的加工方法，最终实现合金在100-150℃范围内的低温轧制。本专利技术合金的屈服强度360MPa左右，抗拉强度410MPa左右，延伸率15％以上；并且合金表现出较好的阻燃效果。本专利技术的技术方案是：一种低成本高强韧变形镁合金，该合金为Mg-Al-Bi-Ca-Y镁合金，其化学成分质量百分比为：Al6.0～8.5wt％，Bi1.5～4wt％，Ca0.02～0.1wt％，Y0.02～0.1wt％，其余为镁及不可避免的杂质；并且，质量比Al和Bi元素的质量之和小于或等于合金总质量的10％。所述的低成本高强韧变形镁合金的制备方法，包括以下步骤：1)纯Mg锭、纯Bi块、纯Al块Mg-Ca中间合金以及Mg-Y中间合金为原料，经表面预处理后，按所述的镁合金成分的质量百分比备料；2)将纯Mg锭放入熔炼炉的坩埚中，设定炉温710～750℃并保持，待其融化后，依次将预热到50～70℃的纯Bi块和预热到200～250℃的纯Al块、Mg-Ca中间合金以及Mg-Y中间合金加入到镁熔液中；保温5～15分钟，然后搅拌5～10分钟，再保温5～10分钟；最后采用金属模铸造或半连续铸造，制备成合金铸锭；合金的熔化、搅拌和静置是在CO2和SF6的混合气体保护下进行的；合金的浇注过程无需气体保护；3)将上步得到的合金铸锭进行固溶处理，固溶处理工艺为：先在400-415℃下固溶处理12-36h,然后在440～460℃温度下处理6～12小时，然后淬火处理；热处理过程无需气体保护；4)将上步得到的固溶处理后铸锭切割成相应的坯料并去皮；5)将上步得到的坯料在20～30分钟加热到270～400℃后，放入模具中进行挤压处理，挤压变形速度为0.1～10m/min，挤压比为8～30；挤压加工后进行空冷；6)将上步得到的挤压坯料，切割，然后在20～30分钟加热到T1(T1:250～350℃)后，进行多(n)道次(n：3～5)降温轧制加工，道次变形量为20％，最后一道轧制前控制温度Tn为100-150℃之间，中间每道次降温T℃(T＝(T1-Tn)/(n-1))，轧制加工结束后进行空冷。最后得到所述的高强韧变形镁合金材料。所述的CO2和SF6的混合气体的组成为体积比为CO2：SF6＝50～100：1。所述的挤压模具为用于成形棒或板的模具。所述的轧辊形状为用于成形棒或板的轧辊。所述的步骤2)中的搅拌为机械搅拌或吹氩气搅拌。所述的Mg-Ca中间合金优选为Mg-20Ca中间合金。所述的Mg-Y中间合金优选为Mg-30Y中间合金。本专利技术的实质性特点为：镁合金的力学性能与合金中晶粒大小、分布，第二相的种类、尺寸、数量、分布密切相关。本专利技术以Mg-Al-Bi为基础，将Al元素和Bi作为主要合金元素，通过合金成分的调控和塑性变形加工的控制，在合金中形成内部含有大量位错的微米级变形晶粒和其周围细小均匀的再结晶晶粒构成的双峰结构，配合少量微米级Mg3Bi2相和大量纳米级Mg17Al12相强化相的协同强化作用，极大提高合金的强韧性，从而开发出具有优异的室温力学性能的高强韧镁合金材料，其屈服强度360MPa左右，抗拉强度410MPa左右，延伸率15％以上。此外，合金表现出较好的阻燃效果。同时合金主要原材料及加工成本低廉，易实现大批量生产。该新型高强镁合金只含有含量不高于0.1％的微量稀土元素，其他合金化元素成本低廉。可作为交通运输、航空航天、计算机、通讯和消费类电子产品的零部件材料使用的应用前景。与现有技术相比，本专利技术的显著进步与优点如下：1)本专利技术的新型镁合金以Mg-Al-Bi为基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本高强韧变形镁合金，其特征为该合金为Mg‑Al‑Bi‑Ca‑Y镁合金，其化学成分质量百分比为：Al 6.0~8.5wt%， Bi 1.5~4wt%，Ca 0.02~0.1wt%，Y 0.02~0.1 wt%，其余为镁及不可避免的杂质；并且，质量比Al和Bi元素的质量之和小于或等于合金总质量的10%。
【技术特征摘要】
1.一种低成本高强韧变形镁合金，其特征为该合金为Mg-Al-Bi-Ca-Y镁合金，其化学成分质量百分比为：Al6.0~8.5wt%，Bi1.5~4wt%，Ca0.02~0.1wt%，Y0.02~0.1wt%，其余为镁及不可避免的杂质；并且，质量比Al和Bi元素的质量之和小于或等于合金总质量的10%。2.如权利要求1所述的低成本高强韧变形镁合金的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：1)纯Mg锭、纯Bi块、纯Al块Mg-Ca中间合金以及Mg-Y中间合金为原料，经表面预处理后，按所述的镁合金成分的质量百分比备料；2)将纯Mg锭放入熔炼炉的坩埚中，设定炉温710~750℃并保持，待其融化后，依次将预热到50~70℃的纯Bi块和预热到200~250℃的纯Al块、Mg-Ca中间合金以及Mg-Y中间合金加入到镁熔液中；保温5～15分钟，然后搅拌5～10分钟，再保温5~10分钟；最后采用金属模铸造或半连续铸造，制备成合金铸锭；合金的熔化、搅拌和静置是在CO2和SF6的混合气体保护下进行的；合金的浇注过程无需气体保护；3)将上步得到的合金铸锭进行固溶处理，固溶处理工艺为：先在400-415℃下固溶处理12-36h,然后在440~460℃温度下处理6~12小时，然后淬火处理；热处理过程无需气体保护；4)将上步得到的固溶处理后铸锭切割成相应的坯料并去皮；5)将...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟帅举，韩海生，李永胜，范少达，闻晶晶，余晖，郭家美，赵维民，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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