一种低成本细晶弱织构镁合金薄板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种Mg-Ca-Zn-Zr系镁合金薄板，其化学成分的重量百分比为：Ca：0.5～1.0％、Zn：0.4～1.0％、Zr：0.5～1.0％，其余为Mg和不可避免的杂质；该镁合金薄板平均晶粒尺寸≤10μm，基面织构强度≤5，经250～400℃退火后基面织构强度≤3；室温极限拉伸比高于AZ31；晶粒尺寸明显小于同条件下制造的AZ31B薄板平均晶粒尺寸，并且板织构显著弱化。本发明专利技术的镁合金成分简单、无贵重合金元素，工艺适用面广，生产成本低，可在汽车门内板、发盖内板、行李箱盖内板、内饰板、轨道交通车体以及3C产品外壳等部件作为板材应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低成本镁合金及其制造方法，尤其是细晶、弱织构、并具有良好成形性能的镁合金薄板及其制造方法，获得的镁合金薄板平均晶粒尺寸< 10 μ m,基面织构强度彡5，经250 400°C退火后基面织构强度彡3 ;成形性能高于AZ31。
技术介绍
镁晶体结构为密排六方，具有强织构的镁合金板材表现出机械性能各向异性和低成形性能。细晶组织和离散弱织构是提高镁板在中低温和快应变速率条件下变形性能和降低变形各向异性的根本途径，同时这一微观结构特征可提高成形镁板的表面质量。在镁合金塑性变形过程中，细晶组织可以有效抑制机械孪晶的发生、通过晶界滑动适度缓解多晶体连续变形对位错滑移系数量的要求、降低局部晶界处过度的应力集中，并且容纳变形缺陷；离散弱板织构增加基面和柱面滑移开动，提高变形硬化指数和使变形沿板面均匀发生，从而提高板材的成形性能。细晶和离散弱织构可以通过合适的轧制技术获得。日立金属通过高温轧制(500°C左右)，使非基面滑移(Prismatic〈a>和Pyramidal〈c+a>)同时开动,镁板织构强度为3.7,并且退火前后晶粒基本保持6 μ m左右，使板材可在室温条件下冲压。美国NanoMag公司生产AZ61镁板时，在动态再结晶温度以上轧制，轧辊预热200°C，采用了单道次大压下量(> 40% )变形模式，材料基面织构强度小于3，退火后板织构进一步弱化和离散化，显微组织为等轴晶；需要指出的是，AZ61镁合金基体弥散的中间相颗粒物促进了轧制板材的织构弱化。日本Osaka大学提出“高应变速率、道次大压下量”的变形模式，应变速率180-2000/s，道次压下量50-60%，在轧制变形区内轧制变形热使轧制温度明显升高，从而发生动态再结晶，材料主要由尺寸5 μ m的等轴晶组成，板织构离散化。为获得细晶和离散弱板织构，镁合金轧制工艺技术路线简要总结有:1)高温轧制；2)高应变速率、道次大压下量；3)剪切轧制；4)轧制后反复弯矫。合金设计是获得细晶和离散弱织构镁板的另一条途径。韩国专利KR2003044997公开一种高成形镁合金及其制造技术，其化学成份(质量百分比)为:Zn:0.5 5.0%，Y:0.2-2.0%, Al ≤ 2.5%, Mn ≤ 0.5%, Ti ≤ 0.2%, Zr ≤ 0.5%, Cd ≤ 0.5%, Tl ≤ 0.5%,Bi ≤ 0.5%, Pb ≤ 0.5%, Ca ≤ 0.3%, Sr ≤ 0.3%, Sn ≤0.5%, Li ≤ 0.5%, Si ≤0.5% ；其工艺流程为:1)镁锭加热至250 450°C，加热时间2min/mm ；2)轧制温度200 450°C，首道次压下量≤20%，其余道次压下量10 35% ；3)退火温度180 350°C。中国专利CN101985714公开一种高塑性镁合金及其制备方法，其化学成分(质量百分比)为:A1:0.1 6.0%，Sn:0.1-3.0%, Mn:0.01-2.0%, Sr:0.01-2.0%，可用于制造板材和型材。日本专利JP2012122102A公开的高成形镁合金成分(质量百分比)为:Zn:2.61-6.0%, Ca:0.01-0.9%，另有少量 Sr 和 Zr，其中优选 Ca+Sr 为 0.01 1.5%, Zr+Mn为0.01-0.7%，制造出镁板的室温性能:屈服强度90Mpa, Ericksen值彡7.0。W02010110505公开一种室温高速成形性能Mg-Zn基镁合金的制造方法。其化学成分(质量百分比)为:Zn 彡 3.5%，另含有 Fe、Sc、Ca、Ag、T1、Zr、Mn、S1、N1、Sr、N1、Sr、Cu、Al、Sn中的一种或多种元素，通过降低回复和再结晶温度，激活低温非基面滑移，材料具有优异的成形性能。最近，韩国专利KR20120049686公开了一种高强高成形镁板及其制造方法。其化学成分(质量百分比)为:Zn:5-10%, Ag:0.1-3.0%, Ca:0.1-3.0%, Zr:0.1-3.0%, Mn:0.1-1.0% ;通过轧前预处理和TMP技术获得细晶组织，成形极限高度可以超过10mm。稀土元素可以弱化镁合金板织构，如专利W02010041791将Y元素加入Mg-Zn基镁合金中产生析出强化作用，并利用双辊连续铸轧和TMP技术细化晶粒，材料在室温下具有高强度、塑性和低的各向异性等优点，从而具有高成形性能。另外，ZElO(Mgl.3Zn0.1Ce)、ZEK100 (Mgl.3Zn0.2Ce0.1La0.5Zr)、Zff41 (Mg4.0Zn0.7Y) ,ZGll (Mgl.2Zn0.8Gd)、ZG21 (Mg2.3Zn0.7Gd)等稀土镁合金板织构明显弱化。以ZGll为例，晶粒尺寸12-15 iim，均匀延伸率15%，总延伸率达到36%, Lankford值 1(远低于 AZ31: 3)，参见 H Yan 等，Mater.Sc1.Eng.A，2010，527:3317-22。虽然稀土元素在弱化镁板织构方面效果明显，但出于成本等因素考虑，一般认为稀土镁合金板在汽车中的应用困难很大。对汽车和轨道交通领域而言，合金设计和制造工艺要求简单而有效，性能要求“适当”而非“卓越”，在轻量化、性能、成本三者之间寻求平衡，这一点与军工、航空航天等领域完全不同。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的低成本细晶弱织构镁合金薄板及其制造方法，该镁合金成分设计简单，镁合金薄板平均晶粒尺寸< 5 u m,基面织构强度< 5，经250 400°C退火后基面织构强度< 3 ;室温极限拉伸比高于AZ31，成形性能好，在汽车、轨道交通等领域具有应用的可能性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案:一种Mg-Ca-Zn-Zr系镁合金薄板，其化学成分的重量百分比为:Ca:0.5 1.0%、Zn:0.4 1.0%、Zr:0.5 1.0%，其余为Mg和不可避免的杂质；该镁合金薄板平均晶粒尺寸彡10 ym，基面织构强度彡5，经250 400°C退火后基面织构强度彡3 ;室温极限拉伸比闻于AZ31。本专利技术的Mg-Ca-Zn-Zr系镁合金中只含有Ca、Zn、Zr元素，总含量低于3.0%，不含稀土等贵重元素。本专利技术的化学成分设计中:Ca:Ca用于改善镁合金的冶金质量，浇铸前减轻熔体和铸件热处理过程中的氧化，并且细化晶粒，提高蠕变抗力以及薄板的可轧制性能。本专利技术主要利用Ca明显弱化离散板织构以及时效硬化的特性，从而提高镁合金板强度，改善室温成形性能。考虑到冶炼以及Ca在镁合金中的固溶度，Ca含量选择为0.5-1.0%。Zn:Zn用于固溶强化和时效强化，与Zr结合具有沉淀硬化作用；另外，Zn可以降低镁合金的腐蚀速率。Ca元素明显弱化、离散板织构，但明显降低镁合金的耐蚀性能，Zn元素同时加入后，耐蚀性能提高，通过调节Zn/Ca比例可以优化镁合金的综合耐蚀性；不过，当Zn含量太高时，镁合金热脆性明显增加，综合考虑，Zn含量选择为0.4 1.0%。Zr:Zr具有很强的晶粒细化作用，用于含Zn的镁合金中效果明显；同时提高材料耐蚀性，降低应力腐蚀敏感性。一般认为只有固溶的Zr可用于晶粒细化，考虑固溶度与冶炼，Zr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Mg?Ca?Zn?Zr系镁合金薄板，其化学成分的重量百分比为：Ca：0.5～1.0％、Zn：0.4～1.0％、Zr：0.5～1.0％，其余为Mg和不可避免的杂质；该镁合金薄板的平均晶粒尺寸≤10μm，基面织构强度≤5，经250～400℃退火后基面织构强度≤3；室温极限拉伸比高于AZ31；该镁合金板薄板的厚度为0.3～4mm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁高飞，张永杰，杨旗，王刚，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：