高含锌量的镁-锌-锰系镁合金材料制造技术

本发明专利技术涉及一种高含锌量的镁－锌－锰系镁合金材料，其特征在于该镁合金材料由Ｍｇ、Ｚｎ、Ｍｎ组成，其各组分质量百分含量为：Ｚｎ：５．０～６．５‰；Ｍｎ：０．８～１．５％；不可避免杂质≤０．１５％；剩余部分为镁。本发明专利技术所述的镁合金材料，其强度既可到达含锆镁合金系的强度，又兼有ＡＺ系镁合金良好的成型性能，且价格较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属材料，特别涉及一种锌含量远超过牌号为ZM21镁合金并且力学及成型性能良好的镁合金材料。
技术介绍
能源、资源和环境是人类社会可持续发展所面临的三大主要问题。如何有效、合理利用和节约地球上有限的能源、资源，以及保护人类赖以生存的、现在却日益恶化的环境是我们必须着手解决的迫切问题。镁合金作为目前工业应用中密度最小的金属结构材料，具有较高的比强度、比刚度以及良好的铸造、减震、切削加工、尺寸稳定性以及优良的电磁屏蔽等性能。由于生产质量、性能的提高和生产成本、价格的下降，镁合金的应用和研究重心已从军工、航空工业等领域扩展到民用(如汽车和电子等)工业领域。近年来镁合金在汽车和电子工业中的应用增长速度高达15％～20％/年。目前，机械零件的轻量化，已经成为制造业的发展趋势之一，镁合金的应用和开发日益受到世界上各国政府和企业的高度重视，已逐渐发展为继钢铁和铝合金之后的第三大金属材料。然而，随着镁合金产业的迅速发展，现有镁合金材料强度低的问题也愈显突出，成为制约镁合金新产品开发与推广应用的关键因素之一。镁合金可分为含锆的镁合金和不含锆的镁合金两大类。由于锆对镁的铸造组织有显著的细化作用，是镁合金中有效的晶粒细化剂之一，因此目前大部分高强镁合金材料都含锆。含锆的镁合金具有较高的室温和高温性能，主要用于航空航天、军事等特殊领域，但是其成本高，阻碍了含锆的镁合金的应用，目前这类镁合金用量还不及镁合金总量的1％。不含锆的镁合金是目前镁合金中最广泛的金属材料，虽然有价格便宜的优点，但其强度低、挤压性能不好，其机械性能已经远远不能满足将镁合金扩大到更广泛的工业领域的要求，因此发展新型价廉的不含锆的高强度镁合金具有非常重要的意义。目前，普通不含锆的镁-锌-锰系镁合金中锌的含量通常≤2％，因为镁-锌-锰系镁合金的铸锭在铸造后的空冷过程中，随温度的降低，锌在镁合金中的溶解度下降(100℃时降为2％以下)。当锌含量超过2％时，过量的锌不能固溶于镁基体中，存在大量镁-锌或镁-锌-锰第二相，对材料的成型能力和韧性有不利的影响，因此普通不含锆的锌-锰系镁合金中锌的含量不超过2％。
技术实现思路
本专利技术的目的，是提供一种高含锌量的镁-锌-锰系镁合金材料。所述镁合金材料，其强度既可到达含锆镁合金系的强度，又兼有AZ系镁合金良好的成型性能，且价格较低。实现本专利技术目的的技术方案是该镁合金材料由Mg、Zn、Mn组成，其各组分质量百分含量为Zn5.0～6.5％；Mn0.8～1.5％；不可避免杂质≤0.15％；剩余部分为镁。本专利技术较好的技术方案是镁合金材料的各组分质量百分含量为Zn5.8％；Mn1.25％；不可避免杂质≤0.15％；剩余部分为镁。本专利技术不可避免的杂质为AI、Cu、Ni、Si、Fe、Be，其总量≤0.15％。按照通常镁合金的冶炼方法取得上述镁合金材料，进行均匀化处理，在挤压机上挤压成棒材，同时快速冷却，可以加工出各种镁合金产品。按照国家标准，牌号为ZK60是指其中锆的含量约为0.45％的Mg-Zn-Zr系镁合金。由于其抗拉强度、屈服强度高，延伸性好，因此主要用于航空航天、军工等对金属材料的力学性能要求高的领域，目前，其铸锭的销售价达5～7万元/吨。按照国家标准，牌号为AZ31是指其中锌的含量约为0.7～1.3％，铝含量为2.5～3.5％的Mg-Al-Zn系镁合金。虽然延伸性好，具有良好的成型性，但抗拉强度、屈服强度相对牌号为ZK60的镁合金较低，因此主要用于交通工具和3C产品等对金属材料力学性能要求较低的领域，其铸锭的销售价目前为2～3万元/吨。按照国家标准，牌号为ZM21是指其中锌的含量约为1.9％，锰的含量为0.85％的Mg-Zn-Mn系镁合金，由于合金化程度比较低，目前极少用于工业生产。本专利技术材料虽为Mg-Zn-Mn系镁合金，但其中锌含量为5.0～6.5％，大大高于通常Mg-Zn-Mn系镁合金中锌含量，试验证明本专利技术材料具有强度高，延伸性好，并且有良好的低温挤压和成型性能，有利于节约能源。本专利技术材料与Mg-Zn-Zr系镁合金相比较，力学性能相近，但价格大大降低；与Mg-Al-Zn系镁合金相比较，力学性能大大提高，价格与其相近；与Mg-Zn-Mn系镁合金相比较，合金化程度提高，可以用于工业生产。本专利技术的优点是1.本镁合金材料的力学性能远高于AZ31，达到或接近ZK60水平，并且价格只相当于ZK60镁合金的三分之一左右，只相当于普通Mg-Al-Zn系镁合金的价格，即用普通Mg-Al-Zn系镁合金的价格，可以得到力学性能相当于ZK60的镁合金材料。因此本材料的性价比高。2.根据Hume-Rothery规则，溶质与基体原子尺寸差大于15％，就不会形成浓度较大的固溶体。另一方面，相同电子价，相同晶体结构的元素相互之间的固溶度大。由于镁的原子半径为1.6，常见电子价+2；锌的原子半径为1.53，常见电子价同为+2，因此锌是符合在镁基体中形成较大固溶度的元素之一。通过本专利技术镁合金材料在挤压加工前进行均匀化处理，可使铸锭中过量的锌元素全部溶入镁基体。在330℃、310℃时进行热挤压，并采用挤压后的快速冷却技术，使合金的再结晶过程刚好完成，而晶粒来不及长大，从而保持合金晶粒的细小，提高了合金的强韧性。此外，大量的锌过饱和地固溶在基体中，为后续的时效强化提供了有利条件。3.本专利技术材料，在后期处理的均匀化过程中可以使锌元素固溶到镁基体晶格中，最高固溶度达6.5％。在挤压成型后快速冷却，锌原子与镁基体形成固溶体，由于锌与镁的原子半径和弹性模量不同使镁基体晶格发生畸变，从而起到固溶强化作用。4.与ZM21镁合金相比，本合金材料提高了锌含量，增强了第二相强化和固溶强化作用，使本专利技术材料的力学性能有了明显的提升。参见表1。表1 AZ31、ZK60、ZM21合金成分(质量百分含量) 5.由于金属挤压时需要根据金属的材料和工艺调整其挤压温度，本镁合金具有良好的低温挤压性，挤压温度设定为310℃的试样，其力学性能优于330℃时的试样。参见表2。表2 本专利技术镁合金材料的主要挤压参数 本专利技术材料力学性能与ZK60接近，而成型性能较高，可部分替代ZK60用于对金属材料的力学性能要求高的工业生产，如航空航天、军工等。通过对金属挤压成型可以加工出尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品。本专利技术所述力学性能是指金属材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率。附图说明图1、图2为编号B的镁合金铸态、均匀化放大不同倍数的微观组织照片；图3、图4为编号B的镁合金坯料温度在330℃和310℃下挤压态放大不同倍数的微观组织照片。下面参照附图并结合具体实施例，进一步阐述本专利技术，应理解的是，这些实施例是用于说明本专利技术，而不是对本专利技术的限制，在本专利技术的构思前提下对本专利技术制备方法的简单改进，都属于本专利技术要求保护的范围。具体实施例方式用下列配方，按镁合金的通常冶炼方法，即可得到本专利技术所述的含锌高的Mg-Zn-Mn系镁合金材料(以下为质量百分含量)表3 本镁合金材料化学组成 取上述编号为B的含锌、锰的镁合金材料按下列步骤分别进行机械性能实验1.熔炼在半连续铸造设备上进行。用熔剂覆盖后开始加热，温度在700℃时母料全部熔化，然后按B的材料配比加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高含锌量的镁－锌－锰系镁合金材料，其特征在于该镁合金材料由Ｍｇ、Ｚｎ、Ｍｎ组成，其各组分质量百分含量为：Ｚｎ：５．０～６．５‰；Ｍｎ：０．８～１．５％；不可避免杂质≤０．１５％；剩余部分为镁。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张丁非，丁培道，袁炜，彭建，石国梁，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]