本发明专利技术公布了一种含轻稀土元素镧的高强度Mg‑Ca‑Mn‑Al‑Zn系变形镁合金及其制备方法，属于变形镁合金材料领域；其组分按质量百分比为：钙：0.10~1.50%；铝：0.10~1.8%；锌：0.10~1.9%；锰：0.10~4.8%；镧：0.20~3.00%；余量为镁和不可避免的杂质（Si、Ni、Cu等）；本发明专利技术提供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、轻稀土镧等，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】
一种含轻稀土元素镧的高强度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，特别是涉及一种含轻稀土元素镧的高强度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。众所周知，镁及镁合金是至今为止工业和工程应用中最轻的结构材料，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，尺寸稳定性高，阻尼减震性能较好，机械加工性能良好以及良好的导热性，并且利于回收再利用，因此在交通运输、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。通过高含量重稀土元素的添加可以优化镁合金的力学性能，其中应用较多的是Gd和Y，其合金经变形及时效处理后合金的抗拉强度可以达到500MPa。可是，过多的添加重稀土元素也会影响镁合金轻质方面的优势。因此，需要其他合适的元素取代重稀土元素，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及轻稀土元素La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、镧等以充分利用细晶强化、沉淀强化和弥散强化，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含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，制备出强韧兼备的变形镁合金。一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，其组分按质量百分比为：钙：0.10~1.50%；铝：0.10~1.80%；锌：0.10~1.9%；锰：0.10~4.80%；镧：0.20~3.00%，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。所述的含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金，抗拉强度为：370~438MPa，屈服强度为：362~425MPa，延伸率为：4~13%。一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系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-La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、纯镧、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-La变形镁合金铸锭；(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Mn-Al-Zn-La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的Mg-Ca-Mn-Al-Zn-La变形镁合金锭；(4)反向挤压：均匀化态的Mg-Ca-Mn-Al-Zn-La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-La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-La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)本专利技术的含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn-La系变形镁合金是一类新型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Mn元素，微量的Al和Zn元素以及部分轻稀土元素La，可以强烈细化热变形后的合金组织。其中，Mn元素会以单质的形式大量弥散分布于基体中，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；添加轻稀土元素La，会在晶界以析出相的形式存在，同时会诱导Mn元素在晶界形成共偏聚，从而细化晶粒尺寸；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Mg-0.9X二元合金层错能的第一性原理计算结果，表明Ce/La元素均可以大幅度降低镁基体的层错能水平。具体实施方式实施例1含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金Mg-0.1Ca-0.7Mn-0.15Al-0.15Zn-0.6La，组分按质量百分比为：0.1wt.%Ca；0.7wt.%Mn；0.15wt.%Al；0.15wt.%Zn；0.6wt.%La或者0.6wt.%（Ce+La），余量为Mg。本实施例的含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系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；0.7wt.%Mn；0.15wt.%Al；0.15wt.%Zn；0.6wt.%La，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、纯镧、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-La变形镁合金铸锭；(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Mn-Al-Zn-La系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-La变形镁合金铸锭；(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Mn-Al-Zn-La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-La变形镁合金棒材。本实施案例制得的高强高塑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，其特征在于，其组分按质量百分比为：钙：0.10~1.50%；铝：0.10~1.8%；锌：0.10~1.9%；锰：0.10~4.8%；镧：0.20~3.00%，余量为镁和不可避免的杂质。/n
【技术特征摘要】
1.一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，其特征在于，其组分按质量百分比为：钙：0.10~1.50%；铝：0.10~1.8%；锌：0.10~1.9%；锰：0.10~4.8%；镧：0.20~3.00%，余量为镁和不可避免的杂质。
2.一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，其特征在于，其组分按质量百分比为：钙：0.10~1.50%；铝：0.10~1.8%；锌：0.10~1.9%；锰：0.10~4.8%；（镧和铈）：0.20~3.00%，余量为镁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，其特征在于，所述的钙：0.1%，所述的锰：0.7%，所述的铝：0.15%，所述的锌：0.15%，所述的镧：0.6%。
4.根据权利要求1所述的一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，其特征在于，所述的钙：0.8%，所述的锰：0.1%，所述的铝：0.15%，所述的锌：0.15%，所述的镧：2.1%。
5.根据权利要求1所述的一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，其特征在于，所述的钙：1.5%，所述的锰：1.3%，所述的铝：1.8%，所述的锌：0.15%，所述的镧：0.2%。
6.根据权利要求1所述的一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，其特征在于，所述的钙：1.4%，所述的锰：4.8%，所述的铝：0.5%，所述的锌：1.9%，所述的镧：3.0%。
7.根据权利要求1所述的一种含轻稀土元素镧的高强度Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法，其特征在于，所述的钙：0.8%，所述的锰：0.7%，所述的铝：0.5%，所述的锌：0.5%，所述的镧：1.5%。
【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
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