專利名稱：：一種熱擠壓高強度Mg-Zn-Y-Zr合金的制作方法
技術領域：
：本發明屬于有色金屬中鎂合金生產領域，涉及一系列具有良好力學性能的鎂合金。
背景技術：
：進入21世紀，資源和環境己成為人類可持續發展的首要問題。隨著金屬材料消耗量的急劇上升和科學技術的飛速發展，大規模生產工藝的出現和廣泛使用，許多傳統金屬礦產資源趨于枯竭，因此，加速鎂合金的應用，對保持社會可持續發展具有重要的戰略意義。鎂合金具有諸多優點，被譽為"21世紀綠色工程材料。"為了鎂合金應用的更加廣泛，我國將鎂合金的研究重點放在研究和開發高強高韌鎂合金上面。就目前而言，采用常規化的制備手段開發高強度高韌的鎂合金可分為三個層次，第一層次目標是發展抗拉強度超過300MPa，延伸率可達8%15%的綜合性能優良的低成本鑄造鎂合金，用于汽車、電子等民用行業；第二層次則是發展抗拉強度接近400MPa，延伸率可達6%10%的更高強度的鑄造鎂合金，可用航天航空及軍事武器等領域；第三個層次是發展抗拉強度在350500MPa，延伸率可達6%10%的高強度變形鎂合金，可用于更加廣泛的領域。高強度鎂合金主要包括Mg-Al、Mg-Zn和Mg-RE(RE為稀土元素)三個合金系。由于變形鎂合金的性能遠優于鑄造鎂合金的性能，同時變形鎂合金可以滿足不同場合結構件的使用要求，而且變形鎂合金的產品用量比鑄造鎂合金的用量小，因此，開發變形鎂合金是長遠趨勢。我們列舉了目前典型變形鎂合金材料的成分和性能，如表1所示。表1典型商用變形鎂合金材料的成分和性能<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>
發明內容本發明的目的是提供一類具有良好力學性能的變形鎂合金材料。一種熱擠壓高強度Mg-Zn-Y-Zr合金，化學成分(原子百分比)為Mg99.5-x(Y067Zn0.33)xZr05，其中7.5《X《12.5。在本發明所提出的鎂合金材料，具有良好的力學性能，其具體性能與現在典型鎂變形材料對比實施列表。本發明的優點是1、本鎂合金材料采用熔劑保護法冶煉，該種方法使用的最早也最廣泛，具有工業使用價值，打破了高性能鎂合金制備工藝復雜、制備條件苛刻的限制，使得現有的工業條件就能直接生產出高性能鎂合金。2、在沒有進行精煉、低擠壓比(1=11)、未經過任何熱處理的情況下，該材料的強度明顯高于目前典型變形鎂合金的強度。3、本鎂合金材料屬于高鎂合金，在保持良好力學性能的前提下，保證了合金的低密度(p=1.87g/cm3)和原材料的低成本。圖1是變形鎂合金的等溫擠壓的擠壓力與坯料擠出長度的關系曲線。(擠壓速率為lmm/min)。橫坐標為坯料擠出長度；縱坐標為擠壓力。圖2是變形鎂合金的X-射線衍射譜。橫坐標為20角度；縱坐標為衍射強度(任意單位)。圖3是Mg99.5.x(Ya67ZnQ.33)xZra5，其中X=10的鑄態鎂合金組織照片圖4是Mg99.5-x(Y,Zna33)xZra5，(X-10)變形鎂合金的截面組織照片。圖5是Mg99.5.x(Y,Zno.33)xZro.5，(X-10)變形鎂合金的側面組織照片。圖6是Mg99.5.x(Yo.67Zno.33)xZro.5，(X-10)變形鎂合金的拉伸應力-應變曲線。(拉伸速率為6mm/min)橫坐標為應變；縱坐標為應力。圖7是Mg99.5.x(Yo.67Zno.33)xZro.5，(X-10)變形鎂合金的拉伸斷口形貌(掃描電鏡照片)。具體實施例方式采用市售純金屬Mg、Y、Zn、Zr(純度高于99.5%，重量百分比)為起始材料，實施例合金的成分(原子百分比)分別為Mg94.5(Yo.67Zno33)sZra5、Mg92(Ya67Zno.33)7.5Zr05、Mg89.5(Yo.67Zno.33)K)Zr().5。首先將Y和Zr在氬氣氣氛下電弧熔煉，每個合金需熔煉5次，以保證中間合金成分均勻。按照確定的成分別配制500g,其中，考慮到鎂金屬的熔點和沸點只有648'C和IO卯'C，說明在熔煉高溫下鎂容易揮發，所以我們采取了多加5%的方法。熔煉設備是普通的電阻加熱爐，具有保溫性能好，均溫區長等特點，溫度控制設備A1-518/518P人工智能控制器。熔煉坩堝采用石墨坩堝。冶煉過程的熔劑是自行配制的，成分如表2。首先，將石墨坩堝在20(TC下保溫10min，目的是確保坩堝的干燥，然后將事先干燥的鎂塊放入坩堝，迅速加入熔劑覆蓋。溫度迅速上升到680'C并保溫15min，大量鎂熔化后，用鈦棒攪拌，攪拌結束時加入熔劑覆蓋，當鎂熔化完全后迅速加入(Y、Zr)中間合金碎塊，攪拌，加入覆蓋劑，反復幾次。隨后溫度在15min內上升至695°C，加入鋅塊，攪拌，加入覆蓋劑，隨后5min內升到700°C，然后在10min升到720°C，期間進行適當攪拌，加入覆蓋劑。然后保溫15min，靜置，在空氣中澆注到內腔直徑為20mm的水冷銅模里。然后，從鑄錠上截取長度為20mm的試樣，將試樣表面打磨以去掉氧化皮。熱擠壓采用自制的模具，在IOOOKNMTS材料試驗機上將初態直徑是20mmMg-Y-Zn-Zr合金在400±10°C和擠壓速率為1mm/min的條件下擠壓成直徑是6mm的試樣，擠壓過程采用自己配制的油酸+二硫化鉬潤滑。塑性加工后的試樣加工成標準試樣，在室溫和拉伸速率為6mm/min條件下進行拉伸試驗。我們從變形鎂合金的等溫擠壓的擠壓力與坯料擠出長度的關系曲線并結合相關理論可以知道，試樣的強度隨著乂=5、7.5和IO不斷增大如圖1。樣品橫截面的X射線衍射譜表明試樣主要有a-Mg和長周期結構Mg12ZnY(18R結構，堆垛方式為ACBCBCBACACACBABAB)和準晶相Mg3YZn6(二十面體準晶，具有優良機械性能)三相組成，見圖2。通過觀察鑄態合金組織照片如圖3發現晶粒細小，有共晶組織存在，相組成與XRD的結果一致。從變形鎂合金的組織照片圖4、圖5發現Mg^ZnY析出相增多，晶粒沿擠壓方向成纖維狀分布。通過拉伸應力-應變曲線圖6我們得到Mg89.5(Yo.67Zno.33)K)Zro.5合金的抗拉強度比較高，達到了436MPa。通過Mg895(Y,Zna33)10Zr0.5合金的斷口形貌如圖7我們得到Mg89.5(Yo.67Zno.33)wZro.5合金的斷裂形式為韌性斷裂和脆性斷裂兩種斷裂形式共同存在，以脆性斷裂斷裂為主。自行配制熔劑成分列于表2。表3為本發明實施例的性能，通過和表l對比可以看出，此系列鎂合金具有優異的力學性能。表2自行配制熔劑成分<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權利要求1.一種熱擠壓高強度Mg-Zn-Y-Zr合金，化學成分原子百分比為Mg99.5-x(Y0.67Zn0.33)xZr0.5，其中7.5≤X≤12.5。全文摘要一種熱擠壓高強度Mg-Zn-Y-Zr合金，屬于鎂合金生產領域。該鎂合金化學成分原子百分比為Mg<sub>99.5-x</sub>(Y<sub>0.67</sub>Zn<sub>0.33</sub>)<sub>x</sub>Zr<sub>0.5</sub>，其中7.5≤X≤12.5。該材料采用熔劑保護熔煉，無需精煉、擠壓比低(λ＝11)，打破了高性能鎂合金制備工藝復雜、制備條件苛刻的限制，使得現有的工業條件就能直接生產出高性能鎂合金。在保證良好力學性能的條件下，保證了合金的低密度和低成本，未經過任何熱處理的情況下，該材料的強度明顯高于目前典型變形鎂合金的強度。文檔編號C22C23/00GK101418403SQ20081022645公開日2009年4月29日申請日期2008年11月11日優先權日2008年11月11日發明者安亮坤,張翠梅,惠希東,毅王,王恩睿,許志一,陳國良申請人:北京科技大學