[发明专利]一种高强度Mg‑Al‑Zn‑Mn‑Ti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领域，具体涉及一种高强度Mg-Al-Zn-Mn-Ti合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金，其特点是，密度小、强度高、弹性模量大、散热好、消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金，在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。

但是，镁合金也有其性能上的缺点，如结晶温度间隔宽，容易形成凝固收缩分布在铸件断面，使合金强度和韧性降低，镁合金为密排六方晶体结构，抗拉强度、屈服强度和延伸率低，使镁合金的应用受到很大限制。

目前，镁合金已开发了Mg-Al,Mg-Zn,Mg-RE,Mg-Mn等多种系列，其中，Mg-A1系列镁合金因具有良好的力学性能、耐腐蚀性、铸造性，在Mg-A1系合金中，AZ91D合金的比强度高，且耐腐蚀性能较纯镁大幅提高，因此得到了广泛应用。Al在固态镁中具有较大的固溶度，其极限固溶度为12.7％，随温度降低显著减少，室温时的固溶度仅为2.0％左右，因此，AZ91D作为一种铸造镁合金，由于高Al含量，使得合金晶界上会析出大量的Mg₁₇Al₁₂相，该相在晶界上析出会降低合金的抗蠕变性能，这主要是由于该相与镁基体之间非共格，界面能高，在高温下易软化粗化，不能有效钉扎晶界，从而限制了其在高温领域下的应用。此外，AZ91D的抗拉强度250MPa，屈服强度160MPa，延伸率7％，使其应用受到很大限制。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有AZ91D镁合金因析出大量Mg₁₇Al₁₂相导致抗蠕变性能差，以及强度低的问题，本发明提供一种高强度Mg-Al-Zn-Mn-Ti合金及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种高强度Mg-Al-Zn-Mn-Ti合金，由以下重量百分比的组份组成：Al为8.5-9.5％，Zn为0.5-0.9％，Mn为0.17-0.25％，Ti为1.2-2.5％，Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。

一种高强度Mg-Al-Zn-Mn-Ti合金，由以下重量百分比的组份组成：Al为8.7-9.3％，Zn为0.6-0.8％，Mn为0.2-0.25％，Ti为1.5-2.0％，Si≤0.03％，Fe≤0.04％，Cu≤0.01％,Ni≤0.005％,其余为Mg。

钛在高温下化合能力极强，可与Al结合形成多种金属间化合物，主要有Ti₃Al和TiAl两种，Ti₃Al由于Ti的百分含量较高，密度比TiAl大，且抗氧化性差，TiAl的密度低、强度高、高温性能好。本发明在传统的AZ91D合金中添加Ti元素，由于Ti元素几乎不溶于镁相中，通过控制Ti元素含量为1.2-2.5％，使得Ti与Al结合形成TiAl金属间化合物，可减少Mg₁₇Al₁₂相的含量，避免AZ91D镁合金因析出大量Mg₁₇Al₁₂相导致抗蠕变性能降低。另外，由于Ti元素与Mg元素一样，都具有密排六方晶体结构，这种晶体结构的一致性使得Ti与Mg有良好的界面结合,即Ti可以在镁合金中形成稳定的弥散分布，这样，Ti与Al结合形成的TiAl则可作为弥散增强相显著提高AZ91D合金的强度，同时提高合金的耐高温性能，使其可在高温下使用。

此外，Ti可与镁合金中的杂质Ni结合形成Ni₃Ti或NiTi金属间化合物，这种金属间化合物具有超弹性、优异的强韧性，可提高合金的韧性，并且，有利于提高杂质Ni的容许极限，减少合金的铸造缺陷，从而提高合金力学性能。

一种高强度Mg-Al-Zn-Mn-Ti合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔炼：将Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Mn中间合金和纯镁加入坩埚中，添加覆盖剂，放入炉中，升温至650-750℃充分熔化；

(2)将Ti加入炉中，升温至1680-1750℃，熔化后迅速加入步骤(1)处理后的坩埚中并搅拌均匀，静置10-15min后浇铸成铸锭：

(3)对步骤(2)获得的铸锭进行固溶处理；

(4)对步骤(3)处理后的铸锭进行时效处理获得最终产品。