[发明专利]一种高强度变形镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度镁合金及其制备方法，属于轻金属材料技术领域。按重量百分含量计，该镁合金成分为：Zn2.0‑6.5％，RE0.1‑3.0％，Ca0.1‑2.0％，其余为Mg和不可避免的杂质；还可含有晶粒细化剂Mn和/或Zr。Zn是合金中主要强化元素，它通过固溶强化和时效析出强化来提高镁合金的室温强度；Ca用于促进析出、细化晶粒、提高合金高温强度；少量RE用于抑制再结晶，细化变形后合金晶粒和调控织构，改善合金塑性。本发明通过采用低廉的普通合金化元素代替昂贵的稀土元素，使之产生与稀土相同的强化效果，完全取代或者降低稀土含量，在保证强度的同时降低合金成本。

技术领域

本发明涉及轻金属材料技术领域，具体涉及一种高强度变形镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金作为一种新型轻质金属材料，具有密度低、比强度高、抗冲击、可循环利用等一系列优点，具有广阔的应用前景。尤其是伴随着航空、高铁等交通运输领域和航天等军工领域的高速发展，对高强度变形镁合金的需求日益迫切。

目前，商业用的高强度变形镁合金仅有AZ80(Mg-8Al-0.4Zn)和ZK60(Mg-6Zn-0.5Zr)。它们经变形+时效热处理后的抗拉强度约为300-350MPa，室温伸长率8％。而目前应用在交通运输领域用作结构件的铝合金的抗拉强度普遍高于400MPa，因此要使高强度镁合金取代部分铝合金应用在交通运输领域，迫切需要发展抗拉强度大于400MPa，且成本与铝合金接近的低成本高强度变形镁合金。

通过向AZ80和ZK60合金添加少量稀土元素(1-3％RE)，利用三元析出相提高强度，从而获得高强度变形镁合金。如中国发明专利(发明名称：一种高强高韧可焊变形稀土镁合金，申请号：200610172788.X)公开了一种Mg-(5.5wt％～6.4wt％)Zn-(0.7wt.％～1.7wt％)Ym-(0.45wt％～0.8wt％)Zr合金，该合金在挤压态下，室温平均抗拉强度为340MPa。CN101805865A专利中公布了一种高强变形镁合金，其化学成分为Al：7.8～9.2％，Zn：0.2～0.8％，Mn：0.2～0.5％，0.5～2.0％的稀土，获得的最大抗拉强度为360MPa，最大室温伸长率为11.5％。“一种高强度高塑性变形镁合金及其制备方法”的专利中公开了Mg-(4.5wt％～5.5wt％)Zn-(0.5wt.％～2.5wt％)Ce-(0.01wt.％～0.2wt％)Ti合金，挤压后的室温平均抗拉强度为360MPa，屈服强度为245MPa，断后延伸率7％。上述合金是在ZK60或者AZ80的基础上，加入少量稀土元素(1～3wt％)，提高合金的室温强度、高温强度和焊接性能。但这些合金中添加的稀土含量较少，析出强化效果不理想，其变形态合金抗拉强度均低于400MPa，不能满足交通运输领域对轻质材料强度的要求。

随后，人们通过降低Zn含量并增加稀土含量，使稀土含量达到10wt％以上，发展了高稀土低锌的Mg-RE-Zn-Zr系合金，通过挤压或者轧制等工艺进一步提高了合金的强度，其强度可以超过400MPa，如专利CN101705404A公开的高强高韧性镁合金及其制造方法中部分合金的强度达到400MPa；还有文献中[T.Homma,N.Kunito,and S.Kamado,Fabrication ofextraordinary high-strength magnesium alloy by hot extrusion.ScriptaMaterialia,2009.61(6):p.644-647]提及Mg-10Gd-3Y-1Zn-0.5Zr合金，经挤压和热处理后抗拉强度达到450MPa，伸长率达到6％。这类高稀土低锌的Mg-RE-Zn-Zr系合金中由于含有大量昂贵的稀土元素(合金中稀土含量大于10％)元素，导致合金成本成倍增加(镁20元/公斤，稀土300-500元/公斤)，因而这类高强度Mg-RE-Zn-Zr合金难以在工业上得到规模化应用。