一种中高强度高塑性的变形镁合金材料及其制备工艺制造技术

技术编号:19833654 阅读:69 留言:0更新日期:2018-12-19 18:21
本发明专利技术涉及中高强度高塑性的变形镁合金材料及其制备工艺,该合金中各组分的重量百分比为:Al 0.5~1.5%、Mn 0.2~0.5%、Ca 0.05~0.15%、Zn 0~0.2%、Si 0~0.1%,其余为Mg及不可避免的杂质;本发明专利技术基于材料素化思想设计,充分利用Ca元素对镁合金组织和性能的有益贡献,得到中高强度高塑性变形镁合金,其添加元素总含量严格控制在2.5%以内,使合金原材料成本降低的同时,减小了合金挤压变形抗力。本发明专利技术的制备工艺,制造工艺窗口宽,可在无需挤压前处理的条件下,实现低温、中温和高温挤压成形,并可在5~80m/min范围内实现中、快速挤压成形。此工艺生产的镁合金材料表面质量优异,基体组织中晶粒细小、分布均匀,成品率高,可为轨道交通、新能源汽车、医疗器械、建筑等行业提供理想的镁合金材料。

【技术实现步骤摘要】
一种中高强度高塑性的变形镁合金材料及其制备工艺
本专利技术属于金属材料的制备与加工
,更具体涉及一种中高强度高塑性的变形镁合金材料及其型材的制备工艺。
技术介绍
镁合金由于其优异的物理特性而被广泛应用,但其强度相对较低,作为工程结构材料的应用受到较大限制。为了提高镁合金的力学性能,通常采用稀土合金化和大塑性变形的方法。稀土合金化是通过在镁合金中添加稀土元素,并利用稀土元素的固溶强化、细晶强化、析出强化等特性提高镁合金的力学性能,为了获得更高的力学性能,往往需要添加高含量的重稀土元素,如专利技术专利CN201010219698.8中涉及的稀土镁合金中Gd含量为6-13%,Y含量为2-6%等。虽然,我国的稀土资源丰富,但其价格昂贵、塑性成形困难、塑性延伸率较低等现实原因亟需解决,因此,该类型合金主要还处于实验室研究阶段,少量应用也仅局限于航空航天、国防军工等战略性领域。大塑性变形是在单次变形过程中引入大的应变量,从而有效细化金属基体晶粒的一种制备方法,其主要是利用形变诱发动态再结晶、热机械变形或大剪切变形等方法细化晶粒来提升合金力学性能,如专利CN201310209427.8、CN201410293056.0和CN201610537275.8等。显然,由于大塑性变形的成形工艺比较苛刻而导致其与实际工业应用之间还存在很大距离,如大应变量需要大吨位的加工设备、加工效率低下严重影响生产节奏、生产技术不成熟而无法实现批量生产。国际著名期刊《自然-材料》(XYLi,KLu.NatureMater.2017;16:700-701.)杂志针对金属材料的发展过度依赖于合金化来调节性能这一弊端,提出了在不改变材料成分的前提下,通过调控材料的位错、晶界、相界等缺陷,达到不(或少)依赖合金化并大幅度提高材料综合性能的目标,进而实现“材料素化”的战略思想。也就是说,基于传统的热成形工艺,如挤压、轧制等,开发低成本、低合金含量的、可工业化生产的新型变形镁合金尤为迫切。
技术实现思路
为了解决上述问题,本专利技术的目的在于以较低成本和合金元素含量,在较宽的生产制造工艺条件下,制造出一种基于材料素化思想设计的新型中高强度高塑性变形镁合金,以及该镁合金材料的生产方法,以提高生产效率满足工业应用的需求。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案如下:一种中高强度高塑性的变形镁合金,其特征在于,该合金中各组分的重量百分比为:Al0.5~1.5%、Mn0.2~0.5%、Ca0.05~0.15%、Zn0~0.2%、Si0~0.1%,其余为Mg及不可避免的杂质,Zn或Si至少添加一种,添加元素Al、Mn、Ca、Zn、Si的总含量≤2.5%。在一些实施方式中,该合金中各组分的重量百分比为:Al0.6~1.5%、Mn0.2~0.5%、Ca0.05~0.15%、Zn0.15~0.2%,其余为Mg及不可避免的杂质。在一些实施方式中,该合金中各组分的重量百分比为:Al0.6~1.5%、Mn0.2~0.5%、Ca0.05~0.15%、Si0.04~0.1%,其余为Mg及不可避免的杂质。在一些实施方式中,该合金中各组分的重量百分比为:Al1.3%、Mn0.3%、Ca0.05%、Zn0.05%、Si0.05%,其余为Mg及不可避免的杂质。本专利技术中,中高强度高塑性的变形镁合金材料的制备工艺,包括镁合金的熔铸方法、镁合金的挤压制备方法,具体如下:镁合金的熔铸方法如下:(1)根据权利要求1至4任意一项所述配比,称取合金原材料,合金原材料采用纯Mg、纯Al、纯Zn、Mg-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-Si中间合金;(2)将各种合金原材料表面清洁、磨抛,以去除杂质和氧化皮的影响;(3)将纯Mg置于坩埚中升温,按照200℃→400℃→600℃→720℃梯度升温方式加热,当温度达到400℃后通入N2和SF6混合气体保护;同时,将其他原料预热,预热温度200℃;(4)纯Mg完全熔化后,向坩埚中加入所需合金原材料,合金原材料的加入顺序:纯Al、纯Zn、Mg-Ca中间合金、Mg-Mn中间合金和Mg-Si中间合金,完全熔化后,搅拌、静置10min,获得镁合金液;(5)将镁合金液倒入预热好的模具中浇铸,模具口采用N2和SF6混合气体保护,可采用重力浇铸或半连续浇铸方式制备出不同尺寸的镁合金铸棒。镁合金的挤压制备方法:将按照上述镁合金的熔铸方法得到的镁合金铸棒,无挤压前处理,扒皮后,直接加热至热挤压变形温度,在300~500℃进行热挤压,得到镁合金挤压型材为棒材、板材、管材或异型材;或者,将按照上述镁合金的熔铸方法得到的镁合金铸棒,扒皮后,进行均质化处理后直接进行热挤压,均质化处理为将镁合金铸棒放入电阻炉加热至400~500℃,保温时间为0~12小时,均质化处理后,直接进行热挤压,在300~500℃进行热挤压,得到镁合金挤压型材为棒材、板材、管材或异型材;或者,将按照上述镁合金的熔铸方法得到的镁合金铸棒,进行均质化处理后空冷至室温备用,均质化处理为将镁合金铸棒放入电阻炉加热至400~500℃,保温时间为0~12小时,均质化处理后,直接空冷至室温备用;在一些实施方式中,步骤(5)中,所述模具预热温度为200℃,所述镁合金液的浇铸温度为690~710℃。在一些实施方式中,镁合金的挤压制备方法中,所述热挤压的挤压比范围为1~150,镁合金挤压型材的挤出速度为5~80m/min。在一些实施方式中,镁合金的挤压制备方法中,热挤压得到的镁合金挤压型材,可利用镁合金挤压型材自身的余温进行校直,校直后的型材可进行空冷或风冷,冷却至室温后平整、锯切、包装。本专利技术的有益效果在于:(1)本专利技术基于材料素化思想设计,利用Ca元素对镁合金组织和性能的有益贡献,得到中高强度高塑性变形镁合金,添加元素总含量严格控制在2.5%以内,其合金含量较低,低于常规商用变形镁合金AZ31,使得镁合金原材料的成本降低,同时,减小了合金挤压变形抗力。(2)本专利技术基于材料素化设计的镁合金,其挤压变形抗力小,为其低温挤压或快速挤压提供必要条件。(3)根据本专利技术提供的镁合金中各组分的含量配比,结合专利技术的生产方法制备出的镁合金铸棒,与常规的AZ31、AZ61等商用镁合金相比,其显微组织图中显示,本专利技术的镁合金中共晶第二相的含量很少,为其无挤压前处理和快速挤压成形的特征工艺提供必要条件;对本专利技术制备出的镁合金铸棒进行均质化处理,经均质化处理后的基体以α-Mg为主,仅有极少量的第二相存在于晶界处;采用本专利技术中镁合金的挤压制备方法所制备的镁合金型材,表面质量优异,基体组织中晶粒细小、分布均匀;本专利技术降低生产加工成本,可少均质化处理,生产出的镁合金材料成品率高。(4)本专利技术的生产方法,制造工艺窗口宽,可实现低温、中温和高温挤压成形;可在5~80m/min范围内实现中、快速挤压成形。(5)本专利技术,在低合金含量的前提下,通过挤压成形工艺控制和组织调控,实现新型变形镁合金的中高强度和高塑性的优异匹配,基于本专利技术可有效降低镁合金及变形材的成本、提高其性能和加工效率,可为高铁、轨道交通、新能源汽车、机器人、医疗器械、建筑等行业提供理想的镁合金材料。附图说明图1是本专利技术实施案例一中镁合金铸棒的显微组织图;图2是本专利技术实施案例二中镁合金铸棒的显微组织图;本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种中高强度高塑性的变形镁合金,其特征在于,该合金中各组分的重量百分比为:Al 0.5~1.5%、Mn 0.2~0.5%、Ca 0.05~0.15%、Zn 0~0.2%、Si 0~0.1%,其余为Mg及不可避免的杂质,所述Zn或Si至少添加一种,所述添加元素Al、Mn、Ca、Zn、Si的总含量≤2.5%。

【技术特征摘要】
1.一种中高强度高塑性的变形镁合金,其特征在于,该合金中各组分的重量百分比为:Al0.5~1.5%、Mn0.2~0.5%、Ca0.05~0.15%、Zn0~0.2%、Si0~0.1%,其余为Mg及不可避免的杂质,所述Zn或Si至少添加一种,所述添加元素Al、Mn、Ca、Zn、Si的总含量≤2.5%。2.根据权利要求1所述的中高强度高塑性的变形镁合金,其特征在于,该合金中各组分的重量百分比为:Al0.6~1.5%、Mn0.2~0.5%、Ca0.05~0.15%、Zn0.15~0.2%,其余为Mg及不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的中高强度高塑性的变形镁合金,其特征在于,该合金中各组分的重量百分比为:Al0.6~1.5%、Mn0.2~0.5%、Ca0.05~0.15%、Si0.04~0.1%,其余为Mg及不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的中高强度高塑性的变形镁合金,其特征在于,该合金中各组分的重量百分比为:Al1.3%、Mn0.3%、Ca0.05%、Zn0.05%、Si0.05%,其余为Mg及不可避免的杂质。5.中高强度高塑性的变形镁合金材料的制备工艺,包括镁合金的熔铸方法、镁合金的挤压制备方法,其特征在于,具体如下:镁合金的熔铸方法如下:(1)根据权利要求1至4任意一项所述配比,称取合金原材料,合金原材料采用纯Mg、纯Al、纯Zn、Mg-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-Si中间合金;(2)将各种合金原材料表面清洁、磨抛,以去除杂质和氧化皮的影响;(3)将纯Mg置于坩埚中升温,按照200℃→400℃→600℃→720℃梯度升温方式加热,当温度达到400℃后通入N2和SF6混合气体保护;同时,将其他原料预热,预热温度200℃;(4)纯Mg完全熔化后,向坩埚中加入所需合金原材料,...

【专利技术属性】
技术研发人员:丁汉林魏峰陈伟
申请(专利权)人:无锡福镁轻合金科技有限公司苏州大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1