一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Mg‑Al‑Zn‑Mn‑Sn‑Bi高强韧镁合金及其制备方法，属于镁合金技术领域，按质量百分比计，该镁合金由以下组分组成：Al：7.9‑9.2％、Zn：0.2‑0.85％、Mn：0.15‑0.5％、Sn：0.5‑1.0％、Bi：2‑3.2％，不可避免杂质≤0.1％，余量为镁。通过合理控制该镁合金中Sn和Bi的含量，使该镁合金兼具高强度、高塑性，其不含稀土，解决了现有技术中高强韧镁合金一般都含有大量稀土，合金成本较高的问题，该镁合金的制备工艺简单易操作，且成本低，适合工业化生产。

A Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi High Strength and Toughness Magnesium Alloy and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金及其制备方法
本专利技术属于镁合金
，具体涉及一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金是工业生产应用中最为轻质的金属结构工程材料，具有比强度及比刚度高、导电及导热性好、阻尼减振性好、电磁屏蔽效果佳、零件尺寸稳定性好、容易加工成形和易回收等系列优点，因此在国防军工、航空航天、汽车、3C等行业得到较为广泛的应用。多年来国内外高强度镁合金的主要设计思路都是通过添加稀土等合金元素或者通过特殊的制备工艺获得高强度的镁合金材料，已发展出多种以稀土为主要合金元素或以稀土为微量元素添加的镁合金。但由于存在材料成本高或者制备难度大等缺点，产业化推广应用进展缓慢。另外，超高强镁合金还存在塑韧性较低，严重制约重要部件高效成形和工程应用。目前，不含稀土的高强镁合金主要包括：Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Sn等合金系列。其中Mg-Al系合金是目前牌号最多，应用最广的镁合金系列，Mg-Al系合金既包括铸造合金又包括变形合金。以此为基础发展的三元合金系有Mg-Al-Zn，Mg-Al-Mn，Mg-Al-Si和Mg-Al-RE等系列。Mg-Al系镁合金中的第二相主要为Mg17A112相。在非平衡凝固过程中，析出大量的共晶Mg17A112相，且以不规则网状分布于初晶α-Mg相的晶界，该相质硬性脆，对合金的力学性能，特别是塑性造成较大的不利影响。Mg-Zn系合金被广泛应用的变形镁合金，具有良好的可时效强化能力，与Mg-Al系合金相比有更高的强度和更好的承载能力，通过合金化已开发出多种新型Mg-Zn系合金，但还是存在力学性能较低的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金；目的之二在于提供一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金的制备方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金，按质量百分比计，所述镁合金由以下组分组成：Al：7.9-9.2％、Zn：0.2-0.85％、Mn：0.15-0.5％、Sn：0.5-1.0％、Bi：2-3.2％，不可避免杂质≤0.1％，余量为镁。优选的，按质量百分比计，所述镁合金由以下组分组成：Al：8.03-8.53％、Zn：0.68-0.82％、Mn：0.18-0.29％、Sn：0.51-0.98％、Bi：2.02-3.08％，不可避免杂质≤0.1％，余量为镁。2、所述的一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)熔炼：以纯镁锭、纯铝锭、纯锌锭、纯锡锭、纯铋粒、Mg-Mn中间合金为原料，按所述镁合金组分的质量百分比进行计算配料，开启熔炼炉，待炉膛温度达到350-400℃时，通入保护气体，然后将均预热到145-155℃的纯镁锭、纯铝锭和Mg-Mn中间合金加入熔炼炉中，加热升温到675-685℃至所述纯镁锭、纯铝锭和Mg-Mn中间合金熔化，搅拌打渣；接着升温至695-705℃后加入纯锡锭、纯锌锭和纯铋粒，待所述纯锡锭、纯锌锭和纯铋粒熔化后，再次搅拌打渣；最后在710-730℃下保温10-20min后再次搅拌打渣，静置降温至695-705℃后采用金属模铸造，制得镁合金铸锭；(2)机加工：去除步骤(1)中镁合金铸锭表面的氧化皮；(3)均匀化处理：将经步骤(2)处理后的镁合金铸锭进行双级均匀化处理；(4)热挤压：将经步骤(3)处理后的镁合金铸锭进行热挤压，冷却后制得Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金。优选的，步骤(1)中，所述Mg-Mn中间合金为Mg-5％Mn中间合金。优选的，步骤(1)中，所述保护气体为CO2+0.5％SF6。优选的，步骤(1)中，每次搅拌打渣时搅拌时间为5-10min。优选的，步骤(1)中，所述金属模铸造具体为：将熔融的金属液浇注到预热至200-300℃的铁铸模中。优选的，步骤(3)中，所述双级均匀化处理具体为：先在310-330℃下保温10-15h，然后升温至400-420℃下保温4-8h。优选的，步骤(4)中，所述热挤压具体为：先将所述镁合金铸锭和挤压模具在300-350℃预热2-4h，然后在挤压比为25:1，挤压速度为2-4m/min条件下进行正向挤压。优选的，步骤(4)中，所述冷却的方式为空冷。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金及其制备方法，该镁合金兼具高强度、高塑性，其不含稀土，解决了现有技术中高强韧镁合金一般都含有大量稀土，合金成本较高的问题。其中，将镁合金中Sn含量控制在0.5-1.0％，Sn在镁合金中是一种典型的具有析出强化作用的元素，Sn在镁合金中溶解度最大值为14.8％(561℃)，随着温度的下降，Sn在镁合金中的固溶度会急剧降低，200℃时，固溶度只有0.45％。随着温度的降低，Sn在镁合金中以高熔点(771.5℃)、高硬度的Mg2Sn相形式析出，而合理尺寸、形貌及分布的Mg2Sn相可实现析出强化的作用，同时，适量的Sn在镁合金中可细化镁合金晶粒。利用少量Sn元素加入，形成Mg2Sn相析，可使Mg17Al12由连续网状转变为半连续网状或断网状，改善Mg17Al12相形貌，从而提高合金性能。但当Sn含量非常低时(小于0.5％)，合金中Mg2Sn含量较少时，达不到细化晶粒以及析出强化的作用。随Sn含量增加，合金的熔点下降，当Sn含量较高(特别是大于1.5％)，会导致镁合金晶粒粗化，随着Sn含量的增加，合金延伸率下降，同时也会使镁合金耐腐蚀性能下降，且较大量Sn的添加，会导致合金密度较高(Sn密度为7.28g/cm3)，影响镁合金的轻量化优势，而当Sn含量高于3.2％时，在液态时就有Mg2Sn相形成，合金凝固至室温，液态时就开始析出的Mg2Sn相会非常粗大。因此，在该体系中Sn含量过高，将存在较多粗大Mg2Sn相，影响合金性能，为保证合金元素尽可能多地溶入基体，故将镁合金中Sn含量控制在0.5-1.0％；另外，Bi可以大量固溶于Sn中(139℃时，Bi在Sn中的固溶度可达21％)，形成β-Sn相，合金中较大量Sn的存在也会影响Bi元素加入效果。将镁合金中Bi含量控制在2-3.2％，Bi元素也是一种在镁合金中具有沉淀析出强化效果的元素。Bi元素在镁中的最大溶解度为8.85％，且溶解度会随着温度的下降而大幅下降，在200℃时溶解度减小到1％以下。Bi加入镁合金后，可以形成热稳定性较好的熔点为823℃的Mg3Bi2颗粒相，该相可作为α-Mg形核核心，达到细化镁合金基体相的目的，使合金强度提高的同时，保持良好的塑性；Bi元素的加入，也可使网状Mg17Al12相转变为断网状。适量Bi的添加能提升镁合金的室温及高温力学性能，加强镁合金的耐热性。随着Bi含量的增加，Mg3Bi2弥散分布于基体中，但当Bi含量大于3.2％，Mg3Bi2相开始粗化，即使在热挤压后，合金基体中仍然存在较粗大Mg3Bi2相，力学性能开始下降，故本专利技术将镁合金中Bi含量控制在2-3.2％。最后，由于铸态合金中存在粗大共晶相和枝晶组织，若直接进行挤压容易产生过热过烧，组织不均匀，塑性较差等问题本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Mg‑Al‑Zn‑Mn‑Sn‑Bi高强韧镁合金，其特征在于，按质量百分比计，所述镁合金由以下组分组成：Al：7.9‑9.2％、Zn：0.2‑0.85％、Mn：0.15‑0.5％、Sn：0.5‑1.0％、Bi：2‑3.2％，不可避免杂质≤0.1％，余量为镁。

【技术特征摘要】
1.一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金，其特征在于，按质量百分比计，所述镁合金由以下组分组成：Al：7.9-9.2％、Zn：0.2-0.85％、Mn：0.15-0.5％、Sn：0.5-1.0％、Bi：2-3.2％，不可避免杂质≤0.1％，余量为镁。2.如权利要求1所述的一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金，其特征在于，按质量百分比计，所述镁合金由以下组分组成：Al：8.03-8.53％、Zn：0.68-0.82％、Mn：0.18-0.29％、Sn：0.51-0.98％、Bi：2.02-3.08％，不可避免杂质≤0.1％，余量为镁。3.权利要求1或2所述的一种Mg-Al-Zn-Mn-Sn-Bi高强韧镁合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)熔炼：以纯镁锭、纯铝锭、纯锌锭、纯锡锭、纯铋粒、Mg-Mn中间合金为原料，按所述镁合金组分的质量百分比进行计算配料，开启熔炼炉，待炉膛温度达到350-400℃时，通入保护气体，然后将均预热到145-155℃的纯镁锭、纯铝锭和Mg-Mn中间合金加入熔炼炉中，加热升温到675-685℃至所述纯镁锭、纯铝锭和Mg-Mn中间合金熔化，搅拌打渣；接着升温至695-705℃后加入纯锡锭、纯锌锭和纯铋粒，待所述纯锡锭、纯锌锭和纯铋粒熔化后，再次搅拌打渣；最后在710-730℃下保温10-20mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫文，闫誉蓝，张丁非，袁敏，
申请(专利权)人：深圳市爱斯特新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44