一种高塑性低稀土镁合金及其制备方法技术

一种高塑性低稀土镁合金及其制备方法，涉及金属材料和金属材料加工领域。按质量计由以下组分组成：Gd:7.0‑9.0％；Er:0.5‑1.5％；Zn:0.5‑2.5％；Zr:0.5‑1.0％；其余为镁和不可避免杂质。采用纯镁锭、纯锌块和Mg‑Gd、Mg‑Er、Mg‑Zr中间合金为原材料，通过熔炼制备出所述镁合金铸锭。通过对合金铸锭进行均匀化处理和热挤压得到挤压棒材，抗拉强度最低可达279MPa，延伸率可达25％‑35％。本发明专利技术工艺流程简单，合金稀土含量较少，开发成本较低，综合力学性能优良，应用前景广阔。

A high plasticity and low rare earth magnesium alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高塑性低稀土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Mg-Gd-Er-Zn-Zr高塑性低稀土镁合金棒材及其制备方法。该合金在室温下有优异的塑性，可作为室温塑性变形镁合金的坯料，应用前景广阔，属于镁合金

技术介绍
随着经济的发展和社会的进步，生产生活对材料的性能的要求越来越高，越来越多的材料被开采和利用。镁合金是金属中最轻的工程材料，因其较高的比强度和比刚度和较好的减震性等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、3C电子产品等领域。镁合金已成为航空航天、汽车等领域轻量化设计与降耗节能的首选合金。但是，常见的镁合金也存在一些缺点，一般的铸态镁合金力学性能较差，组织缺陷较多，如：缩松、缩孔和夹杂物等。而且镁合金为密排六方结构，室温下滑移面与滑移系很少，不符合多晶体塑性变形时滑移系的数目要求(≥5个)，所以室温下镁合金很快就会断裂，室温塑性变形能力较差。这大大限制了镁合金的进一步应用。近年来，随着社会和经济的快速发展，各行各业对材料性能越来越高的要求，高塑性低成本的镁合金也急需被开发和利用。为了提高镁合金的塑性，人们尝试向镁合金中添加适量的稀土元素，添加稀土元素可以明显细化铸态合金的晶粒，促进热变形过程中动态再结晶的发生，并且会形成稀土相钉扎晶界或位错，使合金的强度有所提高。然而，仅通过添加稀土元素来提高合金的性能时，若想得到显著的效果，所需稀土的含量往往比较高，因此增加了合金的成本。鉴于此，开发一种廉价的，并具有较高的塑性、优异的性能的优良的镁合金变得尤为重要。本专利技术中涉及一种高塑性低稀土镁合金棒材及其制备技术，开发设计了一种低稀土含量镁合金Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金，稀土元素Gd质量百分比含量为≤9.0％，Er质量百分比含量为≤1.5％，Zn质量百分比含量为≤2.5％，Zr质量百分比含量为≤1.0％，其余量为Mg和不可避免杂质。在该专利技术中通过调控挤压工艺参数(挤压温度、挤压比)制备镁合金棒材，其具有表面光洁、成形性好，塑性优异的特点，在工业应用上具有很大的潜力。
技术实现思路
本专利技术的技术目的主要是针对当前稀土镁合金价格昂贵，生产工艺复杂等问题，提供了一种高塑性低稀土含量镁合金棒材及其制备方法。本专利技术的低稀土镁合金在在室温下塑性可达27％，且成本较低，加工工艺简单。本专利技术中合金各组分及质量百分比为：Gd含量为7.0-9.0％，Er含量为0.5-1.5％，Zn含量为0.5-2.5％,Zr含量为0.5-1.0％，其余量为Mg和不可避免杂质。本合金中总稀土元素及重量百分比小于等于10％。本专利技术所提供的具有高延展性低稀土含量合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料：以纯镁锭、纯锌块和Mg-Gd、Mg-Er、Mg-Zr中间合金为原材料，按照所述的镁合金成分进行配料；2)熔炼：设定炉温710-730℃，炉温升温至设置温度后，将预热至200-250℃的纯镁锭放入熔炼炉的坩埚中，待其熔化，再将预热至100-200℃的Mg-Gd、Mg-Er中间合金加入到镁熔液；接着将温度调至740-750℃，并保温10-15分钟，然后加入纯锌块和Mg-Zr中间合金，并保温10-15分钟，再捞取浮在溶液表面的浮渣并搅拌2-5分钟；整个熔炼过程在氮气(N2)和六氟化硫(SF6)混合气体保护下进行；3)浇铸：将温度调至720-730℃，将坩埚从电阻炉取出并捞渣，把镁合金熔体浇注到相应的模具中，制得铸态镁合金；4)热处理：对制备的铸态合金进行固溶处理，热处理温度为480-520℃，时间为6-18小时，使用冷水淬火；整个热处理过程均无需气体保护；5)机加工：将步骤4)中固溶处理后的铸锭加工成挤压锭并去皮；6)挤压加工：将步骤5)得到的挤压锭加热到所需的挤压温度，并保温20-40分钟，然后将其放入挤压筒中，进行挤压，挤压变形速度为1-3mm/min，挤压比为8-30，挤压温度为350-430℃，最后制备得到所述的Mg-Gd-Er-Zn-Zr高塑性镁合金。所述的Mg-Gd中间合金优选为Mg-30wt.％Gd中间合金。所述的Mg-Er中间合金优选为Mg-30wt.％Er中间合金。所述的Mg-Zr中间合金优选为Mg-24wt.％Zr中间合金。为所述的氮气(N2)和六氟化硫(SF6)混合气体组成为体积比N2:SF6＝19:1。所述的步骤2)中的搅拌为机械搅拌。与现有技术相比，本专利技术的优点有以下几点：(1)本专利技术中稀土元素的重量百分比小于等于10％，最优塑性下稀土元素及重量百分比为9％，降低了开发的成本；(2)本专利技术工艺流程简单，易于操作与调控，采用的电阻炉、挤压机等设备均为常规设备，便于工业化应用。(3)本专利技术通过挤压加工可以获得性能优良的变形镁合金，合金室温塑性可达27％，为工业化生产提供了基础。附图说明图1为本专利技术实施例1中制备的镁合金棒材挤压态的金相图(a:横截面；b:纵截面)图2为本专利技术实施例2中制备的镁合金棒材挤压态的金相图(a:横截面；b:纵截面)图3为本专利技术实施例3中制备的镁合金棒材挤压态的金相图(a:横截面；b:纵截面)图4为本专利技术实施例1-3中获得的镁合金的机械性能柱状图。具体实施方式下面结合具体的实施例进一步对本专利技术进行详细的说明，需要指出的是，以下实施例只用于说明本专利技术的具体实施方法，并不能限制本专利技术权利保护范围。实施例11.目标合金的成分及重量百分比为：Gd为7.9％，Er为0.88％，Zn含量为1.1％，Zr含量为0.7％，Mg为余量。按成分配比称取商用纯镁、纯锌块及Mg-30wt.％Gd、Mg-30wt.％Er、Mg-24wt.％Zr中间合金，并清理掉原材料表面的氧化皮；设定炉温730℃，炉温升温至设置温度后，将预热至250℃的纯镁锭放入熔炼炉的坩埚中，待其熔化，再将预热至200℃的Mg-Gd、Mg-Er中间合金加入到镁熔液；接着将温度调至750℃，并保温15分钟，然后加入纯锌块和Mg-Zr中间合金，并保温15分钟，再捞取浮在溶液表面的浮渣并搅拌3分钟；整个熔炼过程在氮气(N2)和六氟化硫(SF6)混合气体保护下进行；将温度调至730℃，温度达到730℃后，将坩埚从电阻炉取出并捞渣，把镁合金熔体浇注到相应的模具中，制得铸态镁合金；2.对制备的铸态合金进行固溶处理，热处理温度为500℃，时间为12小时，使用冷水淬火；整个热处理过程均无需气体保护；将固溶处理后铸锭加工成挤压锭并去皮；将预热的锭坯放到预热的挤压筒中进行挤压，挤压筒预热温度为350℃，挤压温度为385℃，挤压比为10，挤压速度为2.5mm/min，而后水冷得到挤压棒材；将挤压棒加工成拉伸试样并进行微观组织分析。制得样品的抗拉强度为331.4MPa，屈服强度为225.8MPa，延伸率为25.9％。合金的显微组织见图1，合金的机械性能见图4。实施例21.目标合金的成分及重量百分比为：Gd本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高塑性低成本稀土镁合金Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金，其特征在于，合金各组分及质量百分比为：Gd含量为7.0-9.0％，Er含量为0.5-1.5％，Zn含量为0.5-2.5％,Zr含量为0.5-1.0％，其余量为Mg和不可避免杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高塑性低成本稀土镁合金Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金，其特征在于，合金各组分及质量百分比为：Gd含量为7.0-9.0％，Er含量为0.5-1.5％，Zn含量为0.5-2.5％,Zr含量为0.5-1.0％，其余量为Mg和不可避免杂质。


2.按照权利要求1所述的一种高塑性低成本稀土镁合金Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金，其特征在于，合金中总稀土元素及重量百分比小于等于10％。


3.按照权利要求1或2所述的高塑性低成本稀土镁合金Mg-Gd-Er-Zn-Zr合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配料：以纯镁锭、纯锌块和Mg-Gd、Mg-Er、Mg-Zr中间合金为原材料，按照所述的镁合金成分进行配料；
2)熔炼：设定炉温710-730℃，炉温升温至设置温度后，将预热至200-250℃的纯镁锭放入熔炼炉的坩埚中，待其熔化，再将预热至100-200℃的Mg-Gd、Mg-Er中间合金加入到镁熔液；接着将温度调至740-750℃，并保温10-15分钟，然后加入纯锌块和Mg-Zr中间合金，并保温10-15分钟，再捞取浮在溶液表面的浮渣并搅拌2-5分钟；整个熔炼过程在氮气(N2)和六氟化硫(SF6)混合气体保护下进行；
3)浇铸：将温度调至720-730℃，将坩埚从电阻炉取出并捞渣，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文博，孟彩霞，李淑波，刘轲，王朝辉，杜宪，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11