[发明专利]一种高强韧变形镁合金及制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧变形镁合金及制备方法，该合金为Mg‑Bi‑Nd‑Zn镁合金，其化学成分质量百分比为：Bi 3.0~6.0wt%，Nd 2.5~3.5wt%，Zn 0.3~0.5wt%，其余为镁。本发明具有优异的室温力学性能，其屈服强度320MPa以上，抗拉强度450MPa以上，延伸率12%以上。此外，本合金表现出较好的阻燃效果。

技术领域

本发明涉及金属材料和金属材料加工领域，特别涉及一种可低温轧制的高强韧变形镁合金及其制备方法；该新型镁合金可作为潜在的耐热镁合金材料。

背景技术

镁密度约为1.74g/cm³，是铝合金的2/3，钢铁的1/4。镁及镁合金具有资源丰富、节约能源、环境友好的三大优势。与其他金属结构材料相比，镁合金是最轻的商用金属结构材料，具有比强度比刚度高，减震性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，可回收等优点，在汽车、电子、电器、交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的轻量化金属结构材料，同时也有被开发成生物医用材料和电池功能材料的前景，被誉为本世纪的绿色工程材料。

但是，绝对强度较低，耐蚀性差，室温成形能力差等原因大大限制了镁及其合金作为新型绿色材料的应用。目前大量使用的商用AZ系镁合金和ZK系镁合金经变形后的强度也一般不超过350MPa，且变形加工能力有限，难以满足高性能结构材料等的加工和使用要求。因此，开发高强度镁合金及相应的加工制备方法对拓展镁合金的应用领域具有重要意义。

国内逐渐有一些高强镁合金被陆续开发出来，如公开号CN104328320A的专利申请，公开了一种高强度高塑性镁合金，其抗拉强度达到400MPa以上，屈服强度300MPa以上，延伸率8%左右，各组分质量百分含量为Ni：3.0~4.5wt%,Y:4.0-5.0%,Zr：0.01-0.1%， 不可避免杂质元素≤0.15%，其余为镁。该合金具有较高的抗拉强度，但塑性中等，同时合金中含有大量的Y元素和Ni元素，极大提高了合金成本，难以大批量应用。专利公开号：CN101892445A的专利公开一种高强镁合金，其合金成分为Gd 6~13wt%, Y 2~6wt%, Zr 0.3~0.8wt%, 其抗拉强度大于600MPa，屈服强度大于540MPa，延伸率大于1%，但其需要采用非常规大塑性变形方法，且需进行20~100h的等温时效处理，制备工艺过程对生产条件要求较高，且含有大量稀土元素，这些都直接或间接增加了合金成本。专利公开号：CN105132772A的专利申请公开了一种低成本非稀土型高强镁合金及其制备方法，该合金为Mg-Bi-Ca-Mn镁合金，其化学成分质量百分比为：Bi2~10.0wt%，Ca0.1~1.5wt%，Mn0.1~1.0wt%，其余为镁。其抗拉强度395-412.4MPa，屈服强度383-402.8MPa，延伸率大于5.01-6.78%，该发明和金具有较高的屈服强度，但合金塑性偏低，在应用方面有很大的局限性。

由此可见，迫切需要开发出不含稀土或含有微量稀土的低成本兼具高强度和高塑性的镁合金材料，以更好地满足消费电子、汽车等行业对高强镁合金低成本、高性能的要求，这也将极大地拓展镁合金在未来进一步的推广应用，具有重大的经济和社会意义。

发明内容

本发明合金为一种Mg-Bi-Nd-Zn镁合金，以Bi元素和Nd作为主要合金元素，该镁合金中含有微米级BiNd相和纳米级Mg3Bi2相。并通过Zn元素的复合合金化，结合预挤压和低温轧制两种塑性变形的加工手段，微米级BiNd相在变形过程中可以促进动态再结晶，配合低温轧制加工，最终合金由微米级变形晶粒和细小的再结晶晶粒组成的微纳双峰结构，同时在合金中动态析出大量的纳米级Mg3Bi2相，并极大提高合金的强韧性，从而在该合金系列中开发出具有优异的室温力学性能的高强韧镁合金材料，其屈服强度320MPa以上，抗拉强度450MPa以上，延伸率12%以上。此外，合金表现出较好的阻燃效果。