[发明专利]一种低成本高强高韧各向同性Mg-Zn-Y合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镁合金材料技术，涉及一种低成本高强高韧各向同性Mg-Zn-Y合金及其制备工艺。具体是根据稀土元素对织构的弱化作用，向镁锌二元合金中添加稀土Y，并通过控制后续的轧制和热处理工艺来制备较高强度、高的塑性和低的各向异性的镁合金板的加工技术，提高镁合金室温和低温塑性和成形性能。

背景技术

镁合金是目前使用的最轻的结构材料，它的密度是铝的2/3，钢的1/5，有高的比强度、比刚度、比模量，资源丰富、节能环保，具有广泛的应用领域，被世界公认为“二十一世纪最有发展前景的新材料”。由于镁合金特殊的密排六方晶体结构，其在变形过程中极易产生织构，从而导致合金在不同方向上表现出较大的性能差异，具有非常明显的各向异性。力学性能各向异性成为制约镁合金大型挤压材和轧制材发展的主要因素。

目前改善合金力学性能各向异性的方法有添加合金元素、多向锻造等。稀土元素能够净化熔体，细化晶粒，提高合金的力学性能，并能弱化织构，因而常被用来改善镁合金合金的性能。专利CN102876948A中通过往AZ31中添加Li和Al-5Ti-B，并对其进行挤压加工，细化了合金的晶粒，降低了各向异性，并提高了合金的力学性能。专利CN105483484A通过将合金化、挤压和时效相结合，制备出各向同性的Mg-Zn-Zr-RE高强度变形镁合金。但由于其需要进行往复挤压，难以制备大规格材料，且时效耗时较长，不利于应用推广。专利CN103911569A通过对合金进行多道次的多向锻造和压力加工，有效的弱化了变形镁合金的的力学性能各向异性，但是该方法对初始坯料有较多要求，应用范围较窄。虽然，目前已有一些改善合金各向异性性能的方法，但各种方法均由一定的局限性。因此，为了扩大变形镁合金的应用范围，很有必要开发一种工艺简单，周期较短，成本较低的加工方法。

挤压、轧制和热处理是镁合金常用的三种加工方法，国内外对其进行了广泛的研究。挤压变形是重要的塑性变形方式之一。挤压变形过程中由于具有强烈的三向压应力，能够有效的防止塑性较差的镁合金在剧烈的变形中发生破坏。此外，挤压变形能够消除铸造缺陷，细化合金组织和晶粒，能大幅提高合金的力学性能。轧制变形被公认为是一种提高镁合金强度的方法。L.B.Tong等对含LPSO相的挤压态Mg-Zn-Y合金进行小变形轧制实验，轧制后合金的基面织构强度增大，LPSO相有所细化，加上合金中存在高密度的位错，使得合金的屈服强度从240MPa增大到364MPa。C.Xu等对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金进行了较大变形量的轧制变形，同样显著提高了合金的的力学性能。热处理是一种常用的调控合金强度和塑性的方法。专利CN201010588372.2通过“固溶+时效”处理显著提高了Mg-Zn-Zr合金的室温强度和塑性。专利CN201110077840.4通过“固溶+时效”热处理提高了Mg-Al-Zn-Gd合金的强度和塑性。专利CN201410704385.X通过对AZ81板材进行“固溶+轧制+时效”的变形热处理工艺使得合金的室温抗拉强度提高了15.5%-18.2%，但并未提到塑性的变化情况。固溶+时效处理通常被用来提高合金的强度和塑性，但是耗时较长，成本较高，不利于推广到工程应用。

挤压后的合金通常含有非常明显的流线型组织，因而在不同方向上的力学性能差别通常较大。轧制变形可大幅度提高合金的强度，但是却不利于合金的塑性。对轧制变形后的合金进行热处理通常可以显著改善合金的塑性，提高其成形性能。因而，本发明中通过“挤压+轧制+热处理”来综合调控合金的力学性能，力求获得一种强度较高、塑性较好、各向异性较弱的合金。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种低成本高强高韧各向同性Mg-Zn-Y合金，解决镁合金由于力学性能低、各向异性较强以及成本高而应用受限的问题。进一步还提供其制备方法，通过挤压、轧制和热处理耦合技术实现低合金元素Mg-Zn-Y合金的力学性能的优化，得到一种低成本高强高韧各向同性的镁合金，具有较好力学性能且能有效弱化变形镁合金力学性能各向异性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种低成本高强高韧各向同性Mg-Zn-Y合金，其特征在于，各组分的质量百分含量为：Zn=1.2～1.4，Y=2.2～2.5，Fe≤0.06，Mn≤0.02，余量为镁和不可避免的杂质。

一种低成本高强高韧各向同性Mg-Zn-Y合金的制备方法，通过挤压变形、轧制变形和热处理耦合技术实现镁合金力学性能的优化，具体包括如下步骤：