[发明专利]抗蠕变的镁合金材料以及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工领域，尤其涉及抗蠕变的镁合金材料以及制备方法。

背景技术

随着我国航空航天业、汽车业、镁合金具有高的比强度、比刚度、比弹性摸量，日益成为材料工作者关注的焦点。目前，镁合金在实际应用方面的发展规模只有铝业的1/50，钢铁工业的1/160，其主要原因是，90％镁合金构件来自压铸方式获得，限制了产品的品种和类型；大多数镁合金结构件局限于强度要求不高的小体积零件。

金属的蠕变是指金属在一定温度及一定应力下发生的缓慢的尺寸变化的性能。根据Von Mises准则，多晶体材料产生塑性变形并在晶界上仍保持其完整性，每个晶粒必须至少有5个独立的滑移系。镁合金是hcp晶体，只有4个独立的滑移系，但在蠕变过程中晶界滑移提供另外两个有效的滑移系,此时满足VonMises准则。镁合金的蠕变机理分为两个阶段：低温下以位错滑移为主；高温条件下以晶界滑移为主。

Mg₂Al基合金是目前商业化应用较普遍的镁合金。其高温蠕变抗力低的原因在于：首先，Mg合金中连续析出形成的时效析出相为Mg_l7Al₁₂，90％以上的Mg₁₇Al₁₂通常呈板条状，而且平行于Mg基体的(0001)基面析出，与基体之间无共格关系，不能为位错运动提供大的阻力，时效硬化效果不明显；另外，Mg₁₇Al₁₂的熔点低，仅为437℃，在不高的温度下即为一软质相，同时由于Mg₁₇Al₁₂与基体之间非共格，界面能高，因此在高温下易长大粗化，故而随温度升高，Mg₁₇Al₁₂极易软化、粗化，不能有效钉扎晶界。此外，近来的研究结果证实，高温蠕变过程中过饱和Mg基体中Mg₁₇Al₁₂在晶界处的不连续析出是高温蠕变抗力差的一个主要原因。晶界处不连续析出的Mg₁₇Al₁₂呈薄片状并与晶界几乎成直角，不仅为晶界滑移提供了更多的滑移表面，同时为邻近晶粒的变形提供了额外的自由度，因而使晶界滑移和晶界迁移更易进行，不利于合金的抗蠕变性能。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述晶界处不连续析出的Mg₁₇Al₁₂呈薄片状并与晶界几乎成直角，不仅为晶界滑移提供了更多的滑移表面，同时为邻近晶粒的变形提供了额外的自由度，因而使晶界滑移和晶界迁移更易进行的现象，导致合金的抗蠕变性能低的问题，本发明提供抗蠕变的镁合金材料以及制备方法。

本发明采用的技术方案如下：抗蠕变的镁合金材料，所述的镁合金组分及其重量百分比为：3～12％Al，0.1～1％Bi，0.1～0.3％Sr，0.05～1.0％Zn，0.05～0.5％Sr，0.05～1.0％Sb，其余为Mg和不可避免的杂质。

抗蠕变的镁合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔炼Mg：在熔炼炉中加入烘干的工业纯镁，加热熔炼；

(2)加Al，Bi、Sb和Zn：在650℃～680℃加入工业纯铝，工业纯铋，工业纯锑，以及工业纯的锌；

(3)加Sr和Si：在730℃下加入工业纯锶，Al-Si中间合金，保温20分钟后搅拌3～6分钟，以使Sr和Si充分熔化；

(4)铸造：在720℃下继续保温15分钟，待合金元素全部溶解后，用工具搅拌合金液使成分均匀，在710℃～730℃的浇铸温度下静置10分钟，然后捞去表面浮渣后进行铸造；

(5)变形：铸锭在390～430℃均匀化处理4～9h，在420℃保温40～50分钟，采用铸态直接挤压，在模具温度为390℃时进行第一次挤压，挤压比为10～21，接着，将挤压件在320℃保温30分钟，模温310℃下进行第二次挤压，挤压比为10～21；再采用固溶后挤压，铸锭在420℃固溶21h，在模具温度为410℃时进行第一次挤压，挤压比为10～21，接着，将挤压件在315℃保温350分钟，模温310℃下进行第二次挤压，挤压比为10～21。