一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公布了一种高Mn含量的Mg‑Ca‑Mn‑Al‑Zn变形镁合金及其制备方法，属于变形镁合金材料领域；本发明专利技术的一种高Mn含量的Mg‑Ca‑Mn‑Al‑Zn变形镁合金，组分按质量百分比为：钙：0.10~0.40%；铝：0.30~2.50%；锌：0.30~2.50%；锰：2.00~5.00%；余量为镁和不可避免的杂质（Si、Ni、Cu等）。所述的镁合金的制备方法为：先熔化纯镁铸锭，充分熔化后，再加入金属钙、锰、铝、锌等，充分搅拌之后浇铸成铸锭，随后进行铸锭的均匀化处理，经过反向挤压工艺挤压得出相应的挤压型材。通过熔炼、均匀化处理及后续挤压(反向挤压)工艺制备出了高强高塑性兼备的新型变形镁合金，其强度和韧性得到增强，有较好的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法
本专利技术属于镁合金材料领域，特别是涉及一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法。
技术介绍
随着全球工业发展的不断加快，环境问题和资源短缺等问题愈发受到关注，节能降耗已经成为急需解决的问题。材料的轻量化可很大程度上节约成本并极大降低能耗，对提高能源使用率和保护环境有重要的意义。作为目前最轻的金属结构材料，镁的密度仅有1.74g/cm3，只相当于铝的2/3，钢的1/4，具有较高的比强度和比刚度，阻尼减震性能较好，机械加工性能良好以及良好的导热性，在交通运输、电子产品以及航空航天等领域具有广阔的应用前景，被称为21世纪的“绿色工程材料”。但是，由于镁合金本身的强度比钢以及铝合金低，并且成型性和耐蚀性差，因此在工业方面的应用一直受到限制。提高镁合金强度的方法已经被大量研究，向镁基体中添加适当的合金元素，在热变形过程中通过强烈的析出强化以及细晶强化等效应，可显著提高镁合金强度。稀土镁合金因其优异的力学性能受到了广泛关注，其中重稀土元素Gd和Y的添加可以明显改善性能，其经变形及时效处理后合金的抗拉强度可达到500MPa。可是，加入高含量的稀土元素增添了合金的成本。并且加入稀土元素增加了合金的密度，限制了合金的应用。因此，需要其他合适的元素取代稀土元素，来开发低成本高强变形镁合金。近几年来有很多关于变形镁合金和Ca、Mn、Al、Zn等元素在镁合金中的作用的研究被广泛关注。本专利通过添加合金元素钙、锰、铝、锌等以充分利用细晶强化和弥散强化，以期开发出新型的成本低廉、高力学性能的变形镁合金。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金及其制备方法，制备出不含稀土的强韧兼备的变形镁合金。一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金，其组分按质量百分比为：钙：0.10~0.40%；铝：0.30~2.50%；锌：0.30~2.50%；锰：2.00~5.00%，余量为镁和不可避免的杂质（Si、Ni、Cu等）。其他根据该合金成分进行多元合金化改性的合金成分（如添加少量的Sn、Sr、Ba、Ti等），也被本专利所保护。所述的高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金，抗拉强度为：365~430MPa，屈服强度为：360~418MPa，延伸率为：4~13%。所述的一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金，其特征在于，锰的质量百分比为：2.00~5.00%，即在高Mn含量的条件下。一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金及其制备方法，具体包括如下步骤：(1)准备原料：按Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金组分质量百分比称取所需原料；(2)铸锭熔炼：在保护气体保护下，将原料分两批次加入：第一批次：加入纯镁加热至740~780℃，充分搅拌并待其全部熔化；第二批次：加入纯钙、纯铝、纯锌、纯锰或镁锰中间合金；充分搅拌3~6分钟，将熔液温度控制在700~750℃静置10~20分钟，清除表面的浮渣，浇铸至预热到200~350℃的铁模中，制得Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金铸锭；(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金铸锭隔绝空气，加热至480~520℃，保温20~60小时，水淬后得到均匀化态的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金锭；(4)反向挤压：均匀化态的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金合金锭，车削掉表面氧化皮之后在230~350℃下预热15分钟，涂抹上石墨润滑，在230~350℃温度范围内进行反向挤压，挤压比为(10~30):1，挤压速度为0.01~2m/min，得到Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金棒材。所述的步骤(1)中，原料均为纯金属或镁中间合金。所述的步骤(2)中，保护气体为高纯氩气。所述的步骤(3)中，所述的步骤(3)中，Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金铸锭隔绝空气的方法为：用石墨粉覆盖或在真空环境或在保护气体下，所述保护气体为氩气、氦气或氮气。有益效果：(1)本专利技术的高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金是一类新型的非稀土的强韧兼备的变形镁合金，通过在低合金化Mg-Ca合金的基础上添加高含量的Mn及微含量的Al和Zn，可以强烈细化热变形后的合金组织。其中，高含量的Mn以单质的形式大量弥散分布于基体或晶界上，促进了热变形过程中的动态再结晶过程，保证了合金的强度和韧性；添加微量的Al和Zn，可以与合金中的Ca元素在晶界及位错上发生共偏聚，从而细化晶粒尺寸；通过调控合金具体成分以及工艺条件，寻找亚晶片层可以稳定存在的条件，进一步提升合金的综合力学性能；(2)通过熔炼、均匀化处理及后续挤压(反向挤压)工艺制备出了强韧兼备的新型变形镁合金，其强度和韧性得到增强，有较好的力学性能。附图说明图1为一种高Mn含量挤压态镁合金中的高密度纳米Mn颗粒以及晶粒尺寸范围100~200nm的超细晶粒组织。具体实施方式实施例1高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金Mg-0.1Ca-2.0Mn-0.3Al-0.3Zn，组分按质量百分比为：0.1wt.%Ca；2.0wt.%Mn；0.3wt.%Al；0.3wt.%Zn，余量为Mg。本实施例的高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金的制备方法为：(1)按照质量百分比称取以下成分：0.1wt.%Ca；2.0wt.%Mn；0.3wt.%Al；0.3wt.%Zn，余量为Mg；锰为锰含量6wt.%的镁锰中间合金，金属纯度均在99%以上；(2)铸锭熔炼：在保护气体保护下，将原料分两批次加入：第一批次：加入纯镁加热至740~780℃，充分搅拌并待其全部熔化；第二批次：加入纯钙、纯铝、纯锌、镁锰中间合金；充分搅拌3~6分钟，将熔液温度控制在700~750℃静置10~20分钟，清除表面的浮渣，浇铸至预热到200~350℃的铁模中，制得Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金铸锭；(3)均匀化处理：将高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至500℃进行均匀化处理48小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金铸锭；(4)反向挤压：将均匀化态的高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金铸锭，车皮之后在230℃下预热，涂抹上石墨润滑后在230℃下进行反向挤压；挤压比为20:1，挤压速度为0.5m/min，得到Mg-Ca-Mn-Al-Zn变形镁合金棒材。本实施案例制得的高强高塑性兼备的Mg-0.1Ca-2.0Mn-0.3Al-0.3Zn变形镁合金，在230℃下挤压得出的棒材，在230℃下挤压得出的棒材，抗拉强度为：365MPa，屈服强度为：350MPa，延伸率为：12.5%。实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，其特征在于，其组分按质量百分比为：钙：0.10~0.40%；铝：0.30~2.50%；锌：0.30~2.50%；锰：2.00~5.00%；余量为镁和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，其特征在于，其组分按质量百分比为：钙：0.10~0.40%；铝：0.30~2.50%；锌：0.30~2.50%；锰：2.00~5.00%；余量为镁和不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，其特征在于：钙：0.1%，锰：2.0%，铝：0.3%，锌：0.3%。


3.根据权利要求1所述的一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，其特征在于：钙：0.4%，锰：3.0%，铝：0.85%，锌：0.9%。


4.根据权利要求1所述的一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，其特征在于：钙：0.3%，锰：3.5%，铝：2.5%，锌：0.75%。


5.根据权利要求1所述的一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，其特征在于：钙：0.2%，锰：4.5%，铝：0.9%，锌：2.5%。


6.根据权利要求1所述的一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，其特征在于：钙：0.4%，锰：5.0%，铝：1.4%，锌：1.9%。


7.根据权利要求1所述的一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，其特征在于：钙：0.3%，锰：4.8%，铝：1.0%，锌：2.1%。


8.根据权利要求1-7中任意一项所述的高Mn含量的Mg-Ca-...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘虎成，谢东升，任玉平，谢红波，秦高梧，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21