一種高塑性鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高塑性鎂合金及其方法，屬于鎂合金新材料技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著社會的發(fā)展，科技的進步，生產(chǎn)生活對材料性能提出了更高的要求，越來越多 的材料被開發(fā)和利用。作為金屬中最輕的工程材料，鎂合金還具有較高的比強度，比剛度， 可以作為飛行器的輕質(zhì)外殼，汽車的輪轂，變速箱殼體以及座椅支架等，已經(jīng)成為汽車、航 空航天等輕量化設(shè)計和節(jié)能降耗的首選合金。
[0004] 但是，常見的鎂合金也存在一些不足，一般情況下，鑄態(tài)鎂合金的力學性能較差， 有較多的組織缺陷如：縮松、縮孔和夾雜物。并且鎂合金是密排六方結(jié)構(gòu)，在室溫下滑移面 和滑移系都很少，不能達到多晶體塑性變形的滑移系數(shù)目要求（多5個)，所以在室溫下鎂 合金會很快出現(xiàn)脆性斷裂，塑性變形能力較差。這樣的性能完全不能滿足各種領(lǐng)域的實際 生產(chǎn)要求，大大限制了鎂合金的應(yīng)用范圍。經(jīng)過鍛造、擠壓、乳制后的變形鎂合金與鑄態(tài)相 比具有較好的強度和塑性，以及更好地表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性；可以滿足不同領(lǐng)域不同構(gòu) 件的要求。近年來，隨著社會和科技的發(fā)展，各行業(yè)對材料性能的要求越來越高，高強度和 高塑性的鎂合金也急需被開發(fā)，為了提高鎂合金的強度和塑性，人們嘗試往鎂合金中加入 稀土元素，稀土元素的添加可以使鎂合金鑄態(tài)晶粒明顯細化，促進了熱變形過程中的動態(tài) 再結(jié)晶，弱化基面織構(gòu)，并且高溫稀土相的形成可以有效的釘扎晶界或位錯，提高合金的強 度。目前的稀土雖然能夠明顯改善合金強度，但塑性一般較差。近年來很多人對合金的成 分及加工工藝進行了優(yōu)化。
[0005] 重慶大學丁培道等人曾公布了一種含Y的高塑性鎂合金（CN 1616697 A)，其塑性 最高達到18. 37%，與傳統(tǒng)的ZK60比延伸率有所提高，但提高幅度不十分明顯。上海交通大 學曾小勤等人公布了一種制備高強度高塑性稀土鎂合金擠壓工藝（CN102839340 A)，運用 一種背壓等通道擠壓模具通過控制擠壓壓力多道次擠壓，擠壓后提高了合金的延伸率，最 高為27%。但是這個擠壓工藝復雜需多道次擠壓，成本較高。生產(chǎn)工藝簡單，成本不高的高 塑性合金仍需要探索。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種塑性好，強度高的高塑 性鎂合金。
[0008] 本發(fā)明還提供一種所述高塑性鎂合金的制備方法，該生產(chǎn)工藝簡單，加工成本低。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種高塑性鎂合金，其特征在于：由以下質(zhì)量百分含量的組分組成：Y :4. 0-5. I Wt. %， Zr: 0.4-1· Owt. %，Nd: 0-1.5 wt. %，其余為 Mg。
[0010] 進一步，本發(fā)明還提供所述高塑性鎂合金的制備方法，包括以下步驟： (1) 合金冶煉及鑄造： 原材料：工業(yè)純鎂錠、Mg-30 wt. %Y中間合金、Mg-27. 85 wt. %Zr中間合金和Mg-30 wt. %Nd中間合金； 采用半連續(xù)鑄造方法鑄造：按照質(zhì)量百分比4. 0-5. I wt. %Y，0. 4-1. 0 wt. %Zr，〇-l. 5 wt. %Nd，其余為Mg進行配料；先將鎂錠在電阻爐中熔化，Mg-Y，Mg-Zr，Mg-Nd中間合金在鎂 錠完全熔化后依次加入，過程中用體積比為1:99的SF#P CO 2的混合氣體作保護氣；當溫度 上升到720-750°C時，保溫10分鐘后將合金溶液澆鑄到模具中，水冷得到鑄錠； (2) 機加工：將步驟（1)得到的鎂合金鑄錠鋸切、車皮至合適尺寸，備用； (3) 均勻化：將步驟（2)得到的鎂合金鑄錠在熱處理爐中進行高溫均勻化處理，溫度為 490°C -510°C，保溫時間為10_12h，水冷至室溫； (4) 熱擠壓：將擠壓模具和步驟（3)處理后的鑄錠在390°C _420°C預熱1. 5-3小時，然 后進行熱擠壓；擠壓溫度為390°C -410°C，擠壓比11. 5:1，擠壓速率為0. 90-1. 50m/min，擠 壓后的板材空冷至室溫，板材的橫截面尺寸為8X 125 mm2。
[0011] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果： (1)合金性能較好：合金的微觀組織較均勻細小，基面織構(gòu)較弱，表現(xiàn)出高的塑性，合金 的延伸率26-30%，并具有較高的強度，適用于制備高性能鎂合金板材。
[0012] (2)原料成本較低：只需要加入少量的稀土元素，就能明顯的提高合金塑性和強 度。
[0013] (3)制備方法簡單：只需要進行一次擠壓，不需要復雜的加工工藝；并且所采用的 設(shè)備如熔煉爐、熱擠壓機等均為常規(guī)通用設(shè)備，具有可移植性強的特點，便于在工業(yè)中實 現(xiàn)。
[0014] 本發(fā)明改善合金成形性能的機理在于：稀土元素釔、釹的添加使鎂合金鑄態(tài)晶粒 明顯細化，并且促進了熱變形過程中的動態(tài)再結(jié)晶，弱化基面織構(gòu)，同時形成彌散分布的高 溫穩(wěn)定稀土相，同時提了合金的塑性和強度，經(jīng)過熱擠壓后的合金具有致密的組織，較細的 晶粒尺寸，合金表現(xiàn)出高的延伸率和較高的強度。
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【附圖說明】
[0016] 圖1為三種合金的金相組織照片：（a)實施例1 ; (b)實施例2 ; (c)實施例3 ; 圖2為三種合金室溫下的拉伸工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
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【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0019] 需要說明的是，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明 的構(gòu)思前提下本方法的簡單改進，都屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
[0020] 實施例1 :一種高塑性鎂合金，合金成分為：4. 95wt. %Y，0. 53wt. %Zr，余量為Mg ;所 述百分比為質(zhì)量百分比； 按上述配比和以下方法制備，得到本實施例的鎂合金： (1)合金冶煉及鑄造： 原材料：工業(yè)純鎂錠、Mg-30wt. %Y中間合金、Mg-27. 85wt. %Zr中間合金。
[0021] 采用半連續(xù)鑄造方法鑄造：先將鎂錠在電阻爐中熔化，Mg-Y，Mg-Zr中間合金在鎂 錠完全熔化后依次加入，過程中用體積比為1:99的SFjP CO 2的混合氣體作保護氣。當溫 度上升到720°C時，保溫10分鐘后將合金溶液澆鑄到模具中，水冷得到鑄錠。
[0022] (2)機加工：將步驟⑴得到的鎂合金鑄錠鋸切、車皮至合適尺寸，備用。
[0023] (3)均勻化：將鎂合金鑄錠在熱處理爐中進行高溫均勻化處理，溫度為490°C，保 溫時間為llh，水冷至室溫。
[0024] (4)熱擠壓：將擠壓模具和步驟（3)處理后的鑄錠在400°C預熱2. 5小時，然后進 行熱擠壓；擠壓溫度為400°C，擠壓比11. 5:1，擠壓速率為I. 30m/min，擠壓后的板材空冷至 室溫，板材的橫截面尺寸為8X125 _2,金相顯微組織如圖1所示。
[0025] (5)力學性能測試：根據(jù)GB228-2002沿擠壓方向?qū)D壓板材加工成標準拉伸樣， 進行拉伸試驗，其工程應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2所示，力學性能數(shù)值列入表1中，延伸率高達 29. 1