一种高强韧镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于镁合金材料加工技术领域，涉及一种高强韧镁合金及其制备方法，该高强韧镁合金由按质量百分数计的如下元素组成：Sb：0.8

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于镁合金材料加工
，涉及一种高强韧镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金是最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、导热导热性和阻尼性能好等优点，为实现节能减排、绿色环保的发展理念，镁合金作为最轻的金属结构材料，在飞机、汽车、航空航天、电子等领域具有巨大的应用前景。然而，由于镁合金的强度和塑性相对铝合金和钢铁材料较低，然而通过析出强化、加工硬化等方式提高镁合金的强度同时往往伴随着塑性的损失，导致镁合金发展受限。
[0003]晶粒细化是提高镁合金强韧性的主要方法之一。一方面，减小晶粒尺寸，材料内部的晶界数量增多，增加了对位错运动和孪晶的阻碍，从而提高强度(霍尔佩奇效应)；另一方面，晶粒越细，材料在加载过程中变形更均匀，局部应力集中程度越小，能够使材料获得更高的延展性。然而，当晶粒细化到一定程度时，材料的强度并不是随着晶粒尺寸减小而单调升高，甚至在一些材料中强度会随着晶粒尺寸的减小而降低(反霍尔佩奇效应)。决定镁合金中霍尔佩奇效应向反霍尔佩奇效应转变的关键因素是由晶粒尺寸决定的变形机制。在粗晶镁合金中，主要的变形机制是位错滑移和孪晶，即晶内变形；而在超细晶镁合金中，晶界滑移、晶界迁移和晶体旋转等晶间变形机制将会开启，晶间变形是材料的软化机制，导致晶粒尺寸越小，强度越低。现有研究表明，纯镁中晶间变形开启的临界晶粒尺寸是0.97μm。文献1公开报道了室温下(298K)纯镁的晶粒尺寸从1.6μm减小至0.6μm时，屈服强度大幅降低，呈现出反霍尔佩奇效应；而在低温下(77K)纯镁的晶粒尺寸从1.6μm减小到0.6μm时，屈服强度升高，这是因为依赖于原子迁移的晶界滑移在低温下受到抑制。虽然采用低温环境抑制超细晶镁合金的晶间变形，提高了镁合金在低温下的强韧性，但是，镁合金在低温下服役的场景相对有限，而且创造低温环境对设备要求较高。文献1：Zheng R,Gong W,Du J,et al.Rediscovery of Hall
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Petch strengthening in bulk ultrafine grained pure Mg at cryogenic temperature:A combined in
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situ neutron diffraction and electron microscopy study[J].Acta Materialia,2022,238:118243.
[0004]因此，发展新的高强韧镁合金的制备方法，在不损失塑性的前提下大幅提高强度是当前镁合金发展亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于晶粒细化和抑制晶间变形的高强韧镁合金及其制备方法，通过向镁合金中添加Sb元素和Mn元素，Sb元素在镁合金中形成网状第二相，在镁合金热变形过程中为动态再结晶提供形核质点，与Mn颗粒协同细化晶粒尺寸，获得超细晶镁合金，并且通过添加Zn元素和Sn元素在晶界上的偏聚增加晶界稳定性，抑制晶间变形，从而在不损失塑性的前提下大幅提高强度，从而获得高强韧镁合金。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种高强韧镁合金，由按质量百分数计的如下元素组成：Sb：0.8
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1.2％，Mn：0.8
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1.2％，Sn：0.8
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1.2％，Zn：0.1
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0.3％，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质总量小于0.03％。
[0008]本专利技术还提供一种高强韧镁合金的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1.合金熔炼及铸造：按照权利要求1所述的高强韧镁合金配方进行备料，原料为纯镁、纯锌、纯锡、Mg
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15Mn中间合金以及Mg
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20Sb中间合金，将纯镁、纯锌、纯锡、Mg
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15Mn中间合金以及Mg
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20Sb中间合金在CO2和SF6混合气体的保护下进行加热熔炼，熔炼温度为680
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780℃，待纯镁、纯锌、纯锡、Mg
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15Mn中间合金以及Mg
‑
20Sb中间合金完全融化后，将熔体搅拌均匀并静置10～15分钟，静置完毕后熔体进行浇铸，获得Mg
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Sb
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Mn
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Sn
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Zn镁合金铸锭；
[0010]S2.机加工：根据挤压筒的尺寸将Mg
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Sb
‑
Mn
‑
Sn
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Zn镁合金铸锭锯切、车皮至合适尺寸；
[0011]S3.热挤压：将机加工后的Mg
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Sb
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Mn
‑
Sn
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Zn镁合金铸锭在200
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250℃的温度条件下保温2小时后，进行热挤压，挤压温度为200
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250℃，挤压速度为0.1
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1mm/s，挤压比20
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30，获得超细晶镁合金棒材。
[0012]进一步，步骤S1中，用于浇铸的模具为直径φ85mm的圆柱形模具，步骤S2中机加工后的Mg
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Sb
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Mn
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Sn
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Zn镁合金铸锭尺寸为φ80
×
60mm。
[0013]进一步，步骤S1中，采用筒式电阻炉对纯镁、纯锌、纯锡、Mg
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15Mn中间合金以及Mg
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20Sb中间合金进行加热熔炼。
[0014]进一步，步骤S1中，所述CO2和SF6混合气体中CO2和SF6的体积比为99:1。
[0015]本专利技术的有益效果在于：
[0016]本专利技术通过限制合金配方，使得Sb元素在镁合金中形成网状第二相，在镁合金热变形过程中为动态再结晶提供形核质点，与Mn颗粒协同细化晶粒尺寸，获得超细晶镁合金，通过添加适当的Zn元素和Sn元素抑制了超细晶镁合金的晶间变形，从而在不损失塑性的前提下大幅提高了镁合金的强度；并且本专利技术提供的高强韧镁合金的制备方法无需复杂的工艺流程，对设备要求较低，可应用于大尺寸、大批量高强韧镁合金棒材和型材的生产。
[0017]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0018]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0019]图1为实施例中镁合金棒材的EBSD图；
[0020]图2为实施例中镁合金棒材的拉伸应力应变曲线图；
[0021]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧镁合金，其特征在于：由按质量百分数计的如下元素组成：Sb：0.8
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1.2％，Mn：0.8
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1.2％，Sn：0.8
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1.2％，Zn：0.1
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0.3％，余量为Mg和不可避免的杂质，杂质总量小于0.03％。2.一种高强韧镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.合金熔炼及铸造：按照权利要求1所述的高强韧镁合金配方进行备料，原料为纯镁、纯锌、纯锡、Mg
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15Mn中间合金以及Mg
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20Sb中间合金，将纯镁、纯锌、纯锡、Mg
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15Mn中间合金以及Mg
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20Sb中间合金在CO2和SF6混合气体的保护下进行加热熔炼，熔炼温度为680
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780℃，待纯镁、纯锌、纯锡、Mg
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15Mn中间合金以及Mg
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20Sb中间合金完全融化后，将熔体搅拌均匀并静置10～15分钟，静置完毕后熔体进行浇铸，获得Mg
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Sb
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Mn
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Sn
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Zn镁合金铸锭；S2.机加工：根据挤压筒的尺寸将Mg
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Sb
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Mn...

【专利技术属性】
技术研发人员：白生文，刘林涛，李坤，杨宝庆，郑长勇，韦丽萍，邹勤，董志华，张昂，杨鸿，高瑜阳，蒋斌，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：