[发明专利]一种高强韧变形镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧变形镁合金及其制备方法，该镁合金成分为3wt％～8wt％的铝、1wt％～6wt％的锌、0.5wt％～3wt％的钙、≤0.5wt％的锰和余量的镁。本发明镁合金可通过熔炼铸锭及先微变形量镦粗后反挤压，或增加固溶、或增加时效处理得到具有拉伸屈服强度为180～320MPa，抗拉强度330～400MPa，延伸率10％～25％的新型高强韧镁合金。

技术领域

本发明涉及一种镁合金，更特别地说，是指一种可热处理强化高强韧变形镁合金。该新型镁合金可作为潜在的商用耐热高强韧镁合金或高强韧镁合金。

背景技术

镁合金是一种低密度的金属材料，但因由于它的hcp结构，作为工程结构材料的镁合金强塑性匹配性差。目前，商业上大量应用的AZ系镁合金经变形及热处理后屈服强度一般不大于180MPa，抗拉强度不超过300MPa，延伸率在12％左右，屈强比一般在0.5～0.7。另一类商用ZK系镁合金，如ZK60挤压棒材T5态抗屈服强度为280MPa，拉强度为350MPa，延伸率为11％，屈强比为0.8。事实上，为满足更高性能结构材料的使用要求，进一步拓展镁合金应用范围，研发新型高强韧镁合金刻不容缓。

近年来，为适应镁合金在汽车轻量化中的应用，研发了大量的高强韧镁合金，主要是以稀土系镁合金为主，虽然获得了非常高的强韧性，但不可避免的增加了成本。

发明内容

本发明设计的Mg-Al-Zn-Ca-Mn合金是一种新型的低成本高强韧镁合金体系，且由于获得的含Ca第二相具备高热稳定性，其具备在高温条件下服役的能力，这对发展应用高强耐热镁合金十分重要。通过添加高含量的Al、Zn和Ca，形成了高热稳定性的Mg-Al-Ca或Ca-Mg-Zn相作为增强相，此外，使得Mg-Al-Zn-Ca-Mn合金具备可热处理强化的性能。制备本发明的镁合金通过变形工艺，以铸态直接挤压和固溶处理后挤压为例，制备了可热处理强化的高强韧Mg-Al-Zn-Ca-Mn镁合金。

本发明的低成本可热处理强化的高强韧变形镁合金，其合金成分为3wt％～8wt％的铝(Al)、1wt％～6wt％的锌(Zn)、0.5wt％～3wt％的钙(Ca)、≤0.5wt％的锰(Mn)和余量为镁(Mg)。在本发明中，高强韧变形镁合金也包含有允许范围内的杂质。

本发明的镁合金以Al、Zn和Ca为作为主要元素，添加Mn是由于工业合金中经常用Mn来除Fe并可提高镁合金的耐腐蚀性。可通过挤压、轧制和锻造等变形方式从而制备出一种新型高强韧镁合金。Al、Zn和Ca的添加可产生有强化合金作用的凝固金属间化合物第二相C36-Al₂(Mg,Ca)、C15-Al₂Ca和(或)Ca₂Mg₆Zn₃，本发明的合金可通过固溶以及时效析出来进一步提高镁合金的室温强度。此外，本体系合金可以通过固溶处理，改变凝固第二相形貌，使得合金可以在低于300℃变形，并可大幅度提高合金塑性，且高Zn含量合金更容易获得时效硬化。由于有大量的金属间作为第二相，且这些相在高温下具有良好的热稳定性，因此本发明的合金还兼具耐热性。

本发明提出的一种制备高强韧变形镁合金的方法，包括有下列步骤：

按目标成分配料的步骤；

按质量百分数，采用工业纯铝(Al)，工业纯锌(Zn)，Mg-20Ca中间合金和Mg-5Mn中间合金以及工业纯镁(Mg)进行配料，分别获得第一原料和第二原料，待用；

第一原料为工业纯镁(Mg)；

第二原料为工业纯铝(Al)，工业纯锌(Zn)，Mg-20Ca中间合金和Mg-5Mn中间合金；

熔炼铸锭的步骤；