[发明专利]一种Mg-Zn-Sn-Mn合金的高强度挤压型材制备方法

说明书

本发明公开了一种Mg‑Zn‑Sn‑Mn合金的高强度挤压型材制备方法，该制备方法由坯料双级固溶处理、坯料高温预时效、低温快速挤压和型材低温时效等工艺组成。本发明Mg‑Zn‑Sn‑Mn合金为由以下质量百分比的元素组成：Zn5.8～6.2％、Sn3.0～3.5％、Mn0.25～0.45％、不可避免杂质≤0.05％，其余为镁。采用本发明的方法制备的Mg‑Zn‑Sn‑Mn镁合金型材，其晶粒尺寸细小——约10～20μm、第二相弥散，因而具有良好的强度和延伸率。本发明制备的Mg‑Zn‑Sn‑Mn合金挤压型材的抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥280MPa，延伸率≥12％。此外，该型材的挤压生产效率和成品率高，挤压成本低，因此，本发明的型材制备方法具有良好的应用和推广前景，可在电动客车、轨道交通等低成本民用领域中应用。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种Mg-Zn-Sn-Mn合金的高强度挤压型材热处理及挤压方法。

背景技术

镁合金具有低密度、高比强度和比刚度、良好的阻尼性能和易机加工性等特点，这使得其在交通运输、电子工业、军工等领域具有广阔的应用前景。而电动客车、轨道交通等民用领域也成为变形镁合金未来重点发展的方向之一。

然而，目前制约镁合金发展的一个问题是，商用AZ系镁合金的力学性能无法满足交通领域较高的要求，而ZK系镁合金和含稀土的镁合金因成本太高阻碍了其在民用领域的大规模应用。

发明专利《一种具有高强度和高屈强比的镁合金及其制备方法》(专利号：CN201110186910.X)提出了一种低成本高强度、且可低温挤压的Mg-Zn-Sn-Mn合金，应用前景良好。然而，采用常规热处理工艺、通过分流组合模具挤压得到的型材力学性能较差，尚无法满足工业应用要求。

论文《预时效对AZ80镁合金形变热处理组织及性能的影响》针对AZ80镁合金采用了固溶处理+预时效+形变+时效处理的工艺路线，重点研究了预时效及随后的形变对其组织和性能的影响。试验研究结果表明，固溶处理使绝大部分Mg₁₇Al₁₂相溶入了α-Mg基体。形变处理后，晶粒被拉长，第二相或杂质沿变形方向分布，出现明显的纤维组织，晶粒内部出现了大量交错的形变孪晶。变形程度越大，加工硬化效果越显著，到30％时，硬度增长缓慢。形变前预时效增加了再结晶的形核，在形变后的时效处理过程中，发生了再结晶，形变产生的纤维组织消失，生成了等轴晶粒，形变程度越大，再结晶后的等轴晶粒越细小。再结晶软化和时效析出强化共同作用，使得AZ80镁合金的硬度比时效前略有升高。综上所述，形变热处理能有效地改善AZ80镁合金的组织和提高其力学性能。

因此，开发新型的热处理挤压工艺，提高低成本高强度Mg-Zn-Sn-Mn合金型材的力学性能，进一步拓展镁合金的应用范围，具有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有Mg-Zn-Sn-Mn合金挤压型材晶粒尺寸粗大，进而导致材料的力学性能较差的问题，提供一种热处理挤压方法。采用该方法制备的Mg-Zn-Sn-Mn镁合金型材，晶粒尺寸细小、第二相弥散，因而可以获得高强度和良好的延伸率。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种Mg-Zn-Sn-Mn合金的高强度挤压型材制备方法，包括：坯料双级固溶处理、坯料高温预时效、低温快速挤压和型材低温时效处理；

其中，所述双级固溶处理的固溶温度分别为330～350℃、400～420℃；所述高温预时效的温度为320～340℃；所述低温快速挤压处理的模具温度和挤压筒温度皆为320～340℃。

本申请的双级固溶处理工艺，不仅使Zn和Sn元素完全固溶到Mg基体中，还可以在水淬后保留单一均匀的含Zn和Sn的过饱和α镁固溶体；再结合高温预时效处理使制备的挤压坯料中不含低熔点相，能够在后续处理中，利用低温快速挤压工艺加工，使镁合金的强度和延伸率都得到提高。