一种多元少量高成型性镁合金及其短流程制备方法技术

本发明专利技术提出了一种多元少量高成型性镁合金，所述合金的化学成分质量百分比为：锌0.1％‑2.0％、钙0.01％‑0.8％、锰0.08％‑0.5％、锡0.01％‑0.3％，其余为镁和添加元素；所述添加元素为钛、钐、铝、硼中的一种或几种，所述镁合金中镁元素总含量>97.5wt％。所述短流程制备方法，包括多元少量合金熔炼、亚快速凝固双辊铸轧和退火处理三个步骤。通过多元少量成分设计与亚快速凝固双辊铸轧技术相结合，获得了过饱和高固溶组织，实现了晶粒细化，显著缩短了均匀化热处理并省略了精轧环节。所得镁合金薄板室温延伸率>20％，且具有较弱的基面织构，可以直接进行冲压成型。

A Multi-element and Small Amount High Formability Magnesium Alloy and Its Short Process Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种多元少量高成型性镁合金及其短流程制备方法
本专利技术涉及金属材料
，具体涉及一种多元少量高成型性镁合金。
技术介绍
镁合金作为最轻的工程金属结构材料，具有良好的比强度、高传导性、减振性、电磁屏蔽性、生物相容性以及可回收性等优点，在交通运输、通讯、生物医疗等领域有广阔的发展前景。尤其在汽车轻量化方面，提高镁合金用量能显著降低整车重量，达到提高燃油经济性、节能减排的作用。然而镁为密排六方晶体结构，滑移系少，室温变形能力差，限制了其进一步应用。变形镁合金可通过细化组织和改善第二相分布，提高其变形能力，但是其生产工艺复杂且成本较高。以镁合金板材为例，传统的生产工艺为铸锭轧制，流程包括半连续铸造、铸锭均匀化热处理、粗轧开坯、精轧等步骤，其工艺复杂，生产周期长且能耗较大。为了解决上述问题，实现镁合金的短流程制备，双辊铸轧走进了人们的视野。然而现有的镁合金双辊铸轧方法中，所用的合金元素含量相对较高，且凝固冷却速率较低，为了获得良好的力学性能，长时间的均匀化热处理和多道次轧制的精轧工艺必不可少。此方法能源消耗大，流程长，不利于企业实现绿色化生产。因此，研究可以缩短甚至省略均匀化热处理和精轧的高成型性镁合金，对推广变形镁合金的应用至关重要。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提供一种多元少量高成型性镁合金及其短流程制备方法，通过多元少量成分设计与亚快速凝固双辊铸轧技术相结合，获得了过饱和高固溶组织，实现了晶粒细化，显著缩短了均匀化热处理并省略了精轧环节。将多元少量熔体铸轧成板材，获得的镁合金室温延伸率高于20％，且具有较弱的基面织构，可以直接冲压成型，提出了一种短流程、低成本、绿色节能的新型变形镁合金的制备方法。本专利技术提供一种多元少量高成型性镁合金，所述合金的化学成分质量百分比为：锌0.1％-2.0％、钙0.01％-0.8％、锰0.08％-0.5％、锡0.01％-0.3％，其余为镁和添加元素；所述添加元素为钛、钐、铝、硼中的一种或几种，添加元素含量质量百分比为：钛0-0.2％、钐0-0.2％、铝0-1.2％、硼0-0.1％。作为本专利技术进一步的改进，所述镁合金中镁元素总含量>97.5wt％。本专利技术进一步保护一种上述多元少量高成型性镁合金的短流程制备方法，包括多元少量合金熔炼、亚快速凝固双辊铸轧和退火处理三个步骤。作为本专利技术进一步的改进，具体包括以下步骤：S1.多元少量合金熔炼：(1)按各成分含量进行备料，原料选自纯镁锭、纯锌锭、纯锡锭、镁-钙、镁-锰中间合金、纯铝锭、铝-钛中间合金、铝-硼中间合金、镁-硼中间合金、铝-钛-硼中间合金、镁-钐中间合金中的一种或多种；(2)在熔炼炉中持续通入保护气体，保护气为氩气或者为SF6和CO2的混合气体，先将纯镁锭在坩埚中预热至473-673K，然后升温至923-973K进行熔化；(3)待纯镁锭熔化后，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，获得纯镁熔体；(4)在上述纯镁熔体中，分别加入经过373-423K预热的纯锌、纯锡、镁-钙中间合金、镁-锰中间合金以及纯铝、铝-钛中间合金、铝-硼中间合金、镁-硼中间合金、铝-钛-硼中间合金、镁-钐中间合金中的一种或几种；(5)待合金料完全熔化后，搅拌1-5分钟，使熔体成分均匀，随后调整温度至953K并静置保温5-30分钟；(6)对上述熔体进行吹氩气精炼，并打渣去除熔体表面杂质和氧化层，获得多元少量镁合金熔体；S2.亚快速凝固双辊铸轧：将制得的多元少量镁合金熔体静置保温5-30分钟，随后将熔体浇注到带有水冷系统的铸轧辊上，通过双辊铸轧制成多元少量高固溶镁合金薄板；S3.退火处理：将上述多元少量高固溶镁合金薄板进行退火处理，退火温度为573-703K，退火时间为30-240分钟；将制得的经过退火处理后的镁合金薄板加热到623-703K，直接进行冲压成型，获得成品。作为本专利技术进一步的改进，步骤S2中所述的双辊铸轧的方法为将熔体直接倒入带有水冷系统的辊缝间，辊缝间距0.5-8mm，双辊铸轧的凝固冷却速率为100-800K/s。作为本专利技术进一步的改进，步骤S2中所述镁合金薄板厚度为3-6mm。作为本专利技术进一步的改进，步骤S3中还可以将退火处理后的镁合金薄板加热到423-623K后进行大应变量短流程轧制，每道次压下量20-60％，获得薄板带材。本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术所设计的多元少量镁合金合金含量低，通过与亚快速凝固双辊铸轧技术结合，可获得成分均匀的高固溶组织，显著缩短了均匀化热处理，绿色节能。2.本专利技术所设计的多元少量镁合金，通过亚快速凝固双辊铸轧技术，获得的板材晶粒较细且具有弱织构，室温成形能力强，进行短暂退火处理后可直接进行冲压；省略了精轧工艺，工艺简单，显著缩短了流程，降低了成本，易于推广应用。3.本专利技术的多元少量镁合金具有高塑性，成分优化后的合金延伸率>20％，抗拉强度>200MPa。将成分优化后的合金进行大应变量短流程轧制，所得的板材延伸率>26％，抗拉强度>280MPa。4.本专利技术所设计的镁合金合金含量少，成本低，市场竞争优势明显。附图说明图1为本专利技术一种多元少量高成型性镁合金的短流程制备流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本专利技术的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本专利技术的保护范围。实施例1以Mg-0.5Zn-0.5Ca-0.3Mn-0.3Sn合金为例，按所述质量百分比进行配料，具体步骤如下。S1.多元少量合金熔炼：(1)按照上述的镁合金成分含量进行备料，包括纯镁、纯锌、纯锡、镁-钙中间合金和镁-锰中间合金。(2)在熔炼炉中持续通入保护气体，保护气为SF6和CO2的混合气体，先将纯镁锭在坩埚中预热至473K，然后升温至973K进行熔化。(3)待镁锭熔化后，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，获得纯镁熔体。(4)在上述纯镁熔体中，分别加入经过373K预热的纯锌、纯锡、镁-钙中间合金和镁-锰中间合金。(5)待合金料完全熔化后，搅拌1分钟，使熔体成分均匀，随后降温至953K并静置保温15分钟。(6)对上述熔体进行吹氩气精炼，并打渣去除熔体表面杂质和氧化层，获得多元少量镁合金熔体。S2.亚快速凝固双辊铸轧：将上述多元少量镁合金熔体静置保温5分钟，随后将熔体浇注到带有水冷系统的铸轧辊上，通过双辊铸轧制成多元少量高固溶镁合金薄板，所述镁合金薄板厚度为4mm。S3.退火处理：将上述多元少量高固溶镁合金薄板进行退火处理，退火温度为703K，退火时间为30分钟。将经过退火处理后的镁合金薄板加热到673K，直接进行冲压成型，获得相应的冲压制品。实施例2以Mg-1.0Zn-0.8Ca-0.2Mn-0.1Sn合金为例，按所述质量百分比进行配料，具体步骤如下。S1.多元少量合金熔炼：(1)按照上述的镁合金成分含量进行备料，包括纯镁、纯锌、纯锡、镁-钙中间合金和镁-锰中间合金。(2)在熔炼炉中持续通入保护气体，保护气为SF6和CO2的混合气体，先将纯镁锭在坩埚中预热至673K，然后升温至973K进行熔化。(3)待镁锭熔化后，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，获得纯镁熔体。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多元少量高成型性镁合金，其特征在于，所述合金的化学成分质量百分比为：锌0.1％‑2.0％、钙0.01％‑0.8％、锰0.08％‑0.5％、锡0.01％‑0.3％，其余为镁和添加元素；所述添加元素为钛、钐、铝、硼中的一种或几种，添加元素含量质量百分比为：钛0‑0.2％、钐0‑0.2％、铝0‑1.2％、硼0‑0.1％。

【技术特征摘要】
1.一种多元少量高成型性镁合金，其特征在于，所述合金的化学成分质量百分比为：锌0.1％-2.0％、钙0.01％-0.8％、锰0.08％-0.5％、锡0.01％-0.3％，其余为镁和添加元素；所述添加元素为钛、钐、铝、硼中的一种或几种，添加元素含量质量百分比为：钛0-0.2％、钐0-0.2％、铝0-1.2％、硼0-0.1％。2.根据权利要求1所述一种多元少量高成型性镁合金，其特征在于，所述镁合金中镁元素总含量>97.5wt％。3.一种权利要求1所述多元少量高成型性镁合金的短流程制备方法，其特征在于，包括多元少量合金熔炼、亚快速凝固双辊铸轧和退火处理三个步骤。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1.多元少量合金熔炼：(1)按各成分含量进行备料，原料选自纯镁锭、纯锌锭、纯锡锭、镁-钙、镁-锰中间合金、纯铝锭、铝-钛中间合金、铝-硼中间合金、镁-硼中间合金、铝-钛-硼中间合金、镁-钐中间合金中的一种或多种；(2)在熔炼炉中持续通入保护气体，保护气为氩气或者为SF6和CO2的混合气体，先将纯镁锭在坩埚中预热至473-673K，然后升温至923-973K进行熔化；(3)待纯镁锭熔化后，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，获得纯镁熔体；(4)在上述纯镁熔体中，分别加入经过373-423K预热的纯锌、纯锡...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧远，孟昭元，王珵，查敏，马品奎，李志刚，王金国，管志平，宋家旺，杨治政，杜春风，鞠虹，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22