一種高成形性能鎂合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高成形性能鎂合金，包括以下質量百分比的組分：Zn0.5～2.0％，Ce0.1～0.3％，Ca0.1～0.3％，不可避免的雜質≤0.015％，其余為Mg，作為優(yōu)選，所述鎂合金還包括質量百分比為0.01～0.3％的Mn。本發(fā)明提供的鎂合金由于織構較弱，在擠壓、軋制以及其他塑性變形過程中可以承受較大應變和應變速率而不開裂，有效提高了鎂合金的加工成形性能。
【專利說明】
一種高成形性能鏌合金
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料加工領域，具體涉及一種高成形性能鎂合金。
【背景技術】
[0002] 鎂合金具有高的比強度、比剛度，良好的阻尼性、切削加工性和導熱性，較強的電 磁屏蔽能力以及易回收、再生等諸多優(yōu)良性能，使其在航天航空、汽車工業(yè)、電子行業(yè)等國 民經(jīng)濟和國防領域的應用日益擴大。并且鎂是最輕的金屬結構材料，密度僅為1.74g/cm3， 是鋁的2/3,是鋼的1/4,鎂合金在工業(yè)上的廣泛應用將對節(jié)能減排有著積極的作用。因此， 鎂合金被譽為"21世紀的綠色工程材料"。
[0003] 傳統(tǒng)的鎂合金如Mg-Al、Mg-Zn系等獲得了廣泛的應用，這類鎂合金的突出特點是 具有優(yōu)良的壓鑄工藝性能，但是壓鑄鎂合金一般仍帶有鑄造鎂合金難以克服的組織致密度 較差、成分組織不均勻、強度塑形不佳等缺陷。與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金更具發(fā)展前 途與潛力，通過變形可以生產(chǎn)尺寸多樣的板、棒、管、型材及鍛件產(chǎn)品，并且可以通過材料組 織的控制和熱處理工藝的應用，獲得比鑄造鎂合金材料更高的強度，更好的延展性，更多樣 化的力學性能，從而滿足更多結構件的需要。鎂合金板材是變形鎂合金中的一種高附加值 產(chǎn)品，但由于鎂合金固有的密排六方結構導致板材基面織構較強，具有明顯的各向異性，室 溫成形性能較差，嚴重影響鎂合金板材的進一步推廣應用。
[0004] 已有研究發(fā)現(xiàn)添加稀土元素能夠在一定程度上弱化鎂合金的基面織構，極大地提 高鎂合金的強度、塑性、蠕變性能、抗腐蝕性能及耐熱性能等。但是這些性能較好的稀土鎂 合金由于添加稀土元素較多普遍制備成本較高，同樣也不利于其在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。只 有加工性能以及二次成形性能優(yōu)異、成本低的變形鎂合金才會有廣闊的應用前景。因此，有 必要研發(fā)一種具備高成形性能、低成本的新型鎂合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的主要是針對現(xiàn)有鎂合金成形性能差、加工成本高的問題，提供一種 高成形性能的鎂合金。
[0006] 本發(fā)明的具體技術方案為:一種高成形性能鎂合金，包括以下質量百分比的組分： 2110.5~2.0%，〇60.1~0.3%，〇&0.1~0.3%，不可避免的雜質<0.015%，其余為1%。
[0007] 作為優(yōu)選，所述鎂合金還包括質量百分比為0.01~0.3%的Μη。
[0008] 作為優(yōu)選，所述鎂合金由以下質量百分比的組分組成:ΖηΟ.5~2.0%，CeO.2%，不 可避免的雜質< 0.015%，其余為Mg。
[0009] 作為優(yōu)選，所述鎂合金由以下質量百分比的組分組成：Znl .5%，CeO. 2%， Ca0.2%，Mn0.2%，不可避免的雜質<0.015%，其余為Mg。
[0010] 本發(fā)明向鎂合金中加入微量的Zn、Ce、Ca和Μη合金元素，微量Ca元素的加入可以抑 制鎂合金的氧化，細化合金晶粒，提高合金蠕變強度，降低合金的微電池效應;Ce能夠提高 鎂合金的室溫和高溫強度，通過彌散的第二相限制晶粒長大來細化晶粒，改善耐熱性效果 較好，提高蠕變性能，能夠弱化織構。Ca和Ce原子直徑均比Mg原子大，加入鎂合金中由于基 體晶格畸變較為嚴重，位錯滑移時固溶原子拖拽效應較為顯著，因此單獨的加入都可以在 一定程度上弱化織構，并且促進非基面滑移系的啟動，提高成形性能。但是當Ca含量高于 0.3wt. %時容易使鎂合金焊接性能較差，提高Ce含量有利于提高成形性能，但是對基體的 強化效果不明顯;而微量的Ce和Ca元素同時加入既可以通過固溶原子的拖拽效應明顯織構 弱化，促進非基面滑移系的啟動，又可以形成彌散的第二相顆粒，第二相顆粒在塑性變形過 程中又可以通過激發(fā)形核形成較弱的織構的新晶粒，而第二相顆粒同時又抑制晶粒長大， 從而形成細小的鎂合金組織，可以有效地提高合金的塑形和成形性能的同時，鎂合金的強 度也得到一定的提高。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提供的鎂合金由于織構較弱，在擠壓、乳制以及其 他塑性變形過程中可以承受較大應變和應變速率而不開裂，有效提高了鎂合金的加工成形 性能。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例1~4的鎂合金擠壓板材極圖；
[0013]圖2為實施例3的鎂合金經(jīng)兩道次乳制、退火后的杯突。
【具體實施方式】
[0014]下面結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。
[0015] 本發(fā)明使用的Mg為工業(yè)純鎂錠(Mg 2 99.95% )，Zn為工業(yè)純鋅錠(Zn 2 99.99% )， Ce為Mg-25Ce中間合金，Ca為Mg-25Ca中間合金，Μη為Mg-Mnl 0中間合金。
[0016] 實施例1
[0017] 本實施例中，所述鎂合金按質量百分數(shù)計由以下組分組成：ZnO. 5%，CeO. 2%， CaO.2%，不可避免雜質約為0.015%，其余為Mg。
[0018] 實施例2
[0019] 本實施例中，所述鎂合金按質量百分數(shù)計由以下組分組成：Znl.0%，Ce0.2%， CaO.2%，不可避免雜質約為0.015%，其余為Mg。
[0020] 實施例3
[0021] 本實施例中，所述鎂合金按質量百分數(shù)計由以下組分組成：Znl. 5%，CeO. 2%， CaO.2%，不可避免雜質約為0.015%，其余為Mg。
[0022] 實施例4
[0023] 本實施例中，所述鎂合金按質量百分數(shù)計由以下組分組成：Zn2.0 %，CeO . 2 %， Ca0.2%，Mn0.2%，不可避免雜質約為0.015%，其余為Mg。
[0024] 實施例5
[0025]本實施例中，所述鎂合金按質量百分數(shù)計由以下組分組成：Znl. 5%，Ce0.2%， Ca0.2%，Mn0.2%，不可避免雜質約為0.015%，其余為Mg。
[0026] 對比例1
[0027] 本例中，鎂合金按質量百分數(shù)計由以下組分組成：Znl. 5%，Ce0.2%，不可避免雜 質約為0.015%，其余為Mg。
[0028] 對比例2
[0029] 本例中，采用AZ31B鎂合金，鎂合金按質量百分數(shù)計由以下組分組成：A13.0%， Znl .0%，Mn0.5%，不可避免雜質約為0.015%，其余為Mg。
[0030] 本發(fā)明提供的鎂合金可由本領域常規(guī)方法制備，具體步驟如下：
[0031] (1)首先將電熔爐的溫度設定為600°C，對坩堝進行預熱，待坩鍋預熱至暗紅色(約 400-500 °C)時，加入小塊純鎂錠和純鋅錠，加完后在表面均勻地撒一層干燥的RJ-6熔劑，并 將電熔爐的溫度設定為800°C進行升溫熔化，爐料全部熔化后扒去表面浮渣，再次均勻地撒 一層RJ-6熔劑。
[0032] (2)待電熔爐溫度達到700°C時，扒去液體表面浮渣，將準備好的Mg-25Ce、Mg-25Ca 和Mg-MnlO中間合金加入坩堝內(nèi)，攪拌20分鐘，攪拌過程中不斷的往液體浪峰處均勻撒RJ-6 熔劑，攪拌完畢后用清渣勺清出鍋底及表面浮渣，最后在表面均勻撒一薄層RJ-6熔劑，沉降 5-10分鐘，取樣分析。
[0033] (3)精煉20分鐘，精煉過程中不斷的往液體浪峰處均勻撒精煉劑，結束后取樣分 析，隨后，扒出表面浮渣，撒精煉劑覆蓋后，轉入高溫靜置，靜置溫度為730 ± 10 °C，時間30分 鐘。
[0034] (4)高溫靜置結束后，關閉電熔爐，自然降溫至澆注溫度680°C后，取樣分析，成分 合格后，進行澆鑄。
[0035] (5)將鑄錠在300°012h+450°012h均勻化處理，而后在400°C進行擠壓，擠壓比為 31:1，在400°C下乳制2~4個道次，道次變形量20 %~50 %，總道次變形量67 %，最后退火工 藝為 350°030min。
[0036]表1列出了實施例1~5及對比例1~2制備的合金擠壓態(tài)力學性能。
[0037]表1實施例1~5及對比例1~2制備的合金擠壓態(tài)力學性能
[0038]
[0039] 圖1為實施例1~4的鎂合金擠壓板材極圖，圖中（a)、（b)、（c)、（d)分別為實施例1、 實施例2、實施例3、實施例4的鎂合金板材擠壓極圖。
[0040] 由表 1 可以看出，隨Zn含量的增加，Mg-xZn-0.2Ce-0.2Ca(x = 0.5，1.0，1.5,2.0)合 金強度，壓縮拉伸屈服強度比均呈現(xiàn)先增加，到x = 2.0時反而降低的趨勢;說明當x = l.5時 擠壓板材的各向異性最弱。從圖1亦可看出鎂合金織構強度逐漸減小，當x = 2.0時織構強圖 突然變強，表示板材的各向異性也是由強變?nèi)踉僮儚姡藰O圖與表1中數(shù)據(jù)顯示力學性能相 吻合。一般鎂合金板材呈現(xiàn)較強的基面織構，而設計的合金基面呈現(xiàn)出明顯的雙峰織構，基 面較為發(fā)散，因此板材各向異性較弱。各向異性減弱有利于提高鎂合金板材的成形性能，減 少鎂合金板材沖壓零件的次品率，同時提高了板材的利用率。
[0041 ] 表2為對比例1~2、實施例1~5的合金在400°C由3mm分三個道次(每道次約30% )， 乳制到1mm，經(jīng)350°C、400°C、450°C退火30min后的杯突值。
[0042] 表2實施例1~5及對比例1~2制備的合金400°C道次變形量30%乳制退火態(tài)杯突 值
[0045] 表3為對比例2、實施例3和實施例5的合金在400°C由3mm乳制到1mm，經(jīng)350°C退火 后的杯關值。
[0046] 表3對比例2、實施例3和實施例5合金的杯突值
[0047]
[0048] 圖2為實施例3的合金在400°C由3mm經(jīng)兩道次33+50%乳制到1mm，350°C退火后杯 突，實施例3鎂合金Mg-1.5Zn-0.2Ce-0.2Ca經(jīng)過一定的乳制和退火工藝后，杯突值IE達到 8.1mm，與5xxx系錯合金杯突值相當，具有優(yōu)異的沖壓性能，能夠促進變形鎂合金的工業(yè)化 應用。
【主權項】
1. 一種高成形性能鎂合金，其特征在于，包括以下質量百分比的組分:ZnO. 5~2.0%， CeO. 1~0.3%，Ca0.1~0.3%，不可避免的雜質<0.015%，其余為Mg。2. 根據(jù)權利要求1所述的高成形性能鎂合金，其特征在于，所述鎂合金還包括質量百分 比為0.01~0.3%的Μη。3. 根據(jù)權利要求1所述的高成形性能鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由以下質量百分 比的組分組成:2110.5~2.0%，060.2%，030.2%，不可避免的雜質<0.015%，其余為1%。4. 根據(jù)權利要求2所述的高成形性能鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由以下質量百分 比的組分組成：Znl · 5%，CeO · 2 %，CaO · 2%，ΜηΟ · 2 %，不可避免的雜質< 0 · 015%，其余為 Mg0
【文檔編號】C22C1/03GK105886866SQ201610457172
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】潘復生, 黃光勝, 王冠剛, 黃倫, 韓廷狀
【申請人】重慶大學