[发明专利]一种高强韧高模量挤压铸造镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧高模量挤压铸造镁合金及其制备方法，由按质量百分数计的如下元素组成：a％的Al，b％的La、Ce、Pr中的一种或几种的混合，c％的Mn，合计含有d％的RE稀土元素Gd、Y、Sm、Nd、Er、Eu、Ho、Tm、Lu、Dy、Yb中的一种或几种元素，合计含有e％的Si、Ge、Ca、Li、Sn、Zn、Sb中的一种或几种元素，总量小于0.2％的杂质，余量为Mg；其中，a、b、c，d和e满足3.5≤a≤6.5、3.5≤b≤4.5、0.01≤c≤1.5、0.01≤d≤3.0和0e≤5.0。原料经预热、熔化或浇铸，重熔后挤压铸造得镁合金铸件，方法简单、工艺稳定性好且可控度高。

技术领域

本发明属于有色金属材料及其加工领域，具体涉及一种高强韧高模量挤压铸造镁合金及其制备方法。

背景技术

镁及其合金是目前工业上可应用的最轻质金属结构材料，具有密度小(约为铝的2/3，钢的1/4)、比强度和比刚度高、阻尼性、切削加工性、铸造性能好等优点，已广泛应用于汽车、通讯电子、航空航天、军事等领域。近年来，随着航空航天及交通运输工具的迅速发展，运转所需的动力功率越来越大，因此对材料构件的强韧性和抗弹性应变能力提出了更高的要求。但镁合金较低的绝对强度、塑性以及弹性模量制约了其在这些领域的进一步推广与应用，使得高强韧高模量镁合金的需求越来越高。

AE44(Mg-4Al-4RE，wt.％)镁合金是迄今商用镁合金中，既具备优异的室温力学性能，又兼备良好高温抗蠕变性能的一种合金。其优异的力学性能得益于Al元素和RE元素生成的Al₁₁RE₃强化相，但由于大部分Al₁₁RE₃强化相为针状，会在第二相尖端产生应力集中，恶化材料性能。针对此问题，中国专利CN108588524A通过合金化Gd、Y、Sm等元素变质针状Al₁₁RE₃相为短棒状或颗粒状，并引入Al₂RE强化相，显著提高了合金的强韧性。针对提升镁合金模量，根据混合定律可知，引入高模量增强体可以提高基体模量。中国专利CN105624502A和CN104087800A分别公布了通过添加氧化铝和SiC颗粒，以获得高模量镁基复合材料的制备方法。但通过外加高模量增强体与基体界面容易存在匹配不佳问题，且常规铸造难以保证增强体在基体中均匀分布。而通过添加合金元素原位生成高模量增强相可以较好地解决上述问题，中国专利CN104928549A和CN104928550A就采用在镁合金中添加Al、Li、Si等元素形成Al₃Li、Mg₂Si等高模量增强相以提高镁合金模量。

目前，引入高模量增强相虽能有效地提高镁合金模量，但通过合金化原位生成的高模量增强相如Al₃Li、Mg₂Si、Al₂Ca等均属于脆性相，分布在晶界会成为裂纹萌生点，降低镁合金强韧性，特别是塑性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高强韧高模量挤压铸造镁合金及其制备方法。通过合理调控组分比例，控制增强相析出形态和比例，使得该合金在室温条件下同时具备高强韧性和高弹性模量。本发明提供的合金能够满足高强韧高模量的轻质材料和(或)零部件制造的需求。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高强韧高模量挤压铸造镁合金，由按质量百分数计的如下元素组成：a％的Al，b％的La、Ce、Pr中的一种或几种的混合，c％的Mn，合计含有d％的RE稀土元素Gd、Y、Sm、Nd、Er、Eu、Ho、Tm、Lu、Dy、Yb中的一种或几种元素，合计含有e％的Si、Ge、Ca、Li、Sn、Zn、Sb中的一种或几种元素，总量小于0.2％的杂质，余量为Mg，a、b、c，d和e满足下述式子(1)～(5)，

(1)3.5≤a≤6.5；

(2)3.5≤b≤4.5；

(3)0.01≤c≤1.5；