專利名稱：：一種高強韌性變形鎂合金及其制備方法
技術領域：
：本發明屬于材料
技術領域：
，特別涉及一種高強韌性變形鎂合金及其制備方法。
背景技術：
：鎂合金是目前實際應用中最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度高、機力卩工性能優良和減震性好等優點，被廣泛應用于航天航空、汽車及'3C產品中。與鑄態材料相比，變形鎂合金材料更具發展前途與潛力，通過變形可以生產尺寸多樣的板、棒、管、型材，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。因此，研究與開發新型變形鎂合金，開發變形鎂合金生產新工藝，生產高質量的變形鎂合金產品，對發展鎂合金材料有著長遠的影響。目前的變形鎂合金材料普遍存在塑性不夠，綜合性能不高的缺點，并且采用傳統的工藝制備通常導致鎂合金的雜質含量較高。
發明內容針對以上技術問題，本發明提供一種高強韌性變形鎂合金及其制備方法。'本發明的高強韌性變形鎂合金的成分按重量百分&為Zn4.5~5.5%，Nd2.5~3.5%,Zr0.25~0.5%,余量為Mg;其抗拉強度、屈服強度和斷裂伸長率分別為260300MPa、250290MPa、6~9%。本發明的高強韌性變形鎂合金的制備方法為將純鎂鑄錠、金屬鋅、金屬釹和鎂鋯合金按上述設定成分配制用量，采用循環熔煉方法，在645655'C條件和保護氣體條件下熔煉并去除雜質，然后在715725'C條件下澆注，合金凝固后起模，獲得鎂合金鑄錠。將鎂合金鑄錠加熱至325335'C，保溫2535min，然后進行多道次軋制，道次壓下量為11~12.5%，各道次間在325-335'C條件下退火1020min，總變形量為62~68%，獲得高強韌性變形鎂合金。'上述的循環熔煉方法采用的設備包括熔煉爐、網格過濾裝置、測重儀和循環泵，網格過濾裝置和循環泵位于熔煉爐的坩堝內，測重儀與網格過濾裝置裝配在一起；進行鎂合金熔煉時，將熔煉爐的坩堝加熱至645~655°C，然后將純鎂鑄錠置于網格過濾裝置內，向坩堝內通入保護氣體，待純鎂鑄錠全部熔化后，按設定成分向網格過濾裝置中加入金屬鋅、金屬釹和鎂鋯合金，啟動測重儀和循環泵，使坩堝內的金屬熔體強制循環通過網格過濾裝置，當測重儀顯示網格過濾裝置的重量不再增加時，停止循環泵，完成熔煉。上述過程中通入的保護氣體為氮氣和SF6混合氣體，混合氣體中SF6的體積百分比為0.35~0.45%。在相同的工藝條件下，本發明的高強韌性變形鎂合金比鑄態鎂合金的室溫強韌性指標明顯提高。該高強韌性變形鎂合金與鑄態Mg-Zn合金相比，合金熔體處理簡單、合金熔煉攪拌過程中雜質處理較好。本發明的方法制備的高強韌性變形鎂合金，具有較高的強韌性，而且易于軋制；通過向合金中添加少量的稀土Nd和元素Zr來提高合金的強度和韌性，以達到少量多元強化的目的。稀土Nd和元素Zr不僅能細化合金組織、提高材料強^，而且能夠改善合金的鑄造性能、提高合金的綜合力學性能。Nd是以純Nd的形式加入到合金中，Zr元素是以Mg-Zr中間合金的形式加入合金中的，這們可以最大限度地減少由于合金化而產生的雜質和夾雜，同時也可以使Nd和Zr元素能最大限度地溶入鎂固溶體基體中。純鎂來源廣泛且價格便宜，熔煉工藝成熟，通用性強，易于實現工業化生產。圖1為本發明實施例1中的鎂合金鑄錠顯微組織圖。圖2為本發明實施例1中的鑄軋變形量為33%時的鑄軋鎂合金橫向顯微組織圖。圖3為本發明實施例1中的鑄軋變形量為33%時的鑄軋鎂合金縱向顯微組織圖。圖4為本發明實施例1中的鑄軋變形量為50%時的鑄軋鎂合金橫向顯微組織圖。圖5為本發明實施例1中的鑄軋變形量為50%時的鑄軋鎂合金縱向顯微組織圖。圖6為本發明實施例1中的鑄軋變形量為66%時的鑄軋鎂合金橫向顯微組織圖。圖7為本發明實施例1中的鑄軋變形量為66%時的鑄軋鎂合金縱向顯微組織圖。圖8為本發明實施例中的循環熔煉方法所采用的設備結構示意圖，圖中l、坩堝，2、網格過濾裝置，3、連接桿，4、測重儀，5、保護氣體入口管，6、螺旋液體泵，7、泵入口管，8、泵出口管。具體實施例方式本發明實施例中采用的純鎂鑄錠和純銨為工業純鎂和純釹產品。本發明實施例中采用鎂鋯合金中鋯的重量百分比為15~25%。本發明實施例中采用的循環熔煉方法為專利200510047067.1所提供的方法，采用的裝置包括熔煉爐、網格過濾裝置、連接桿、測重儀、保護氣體入口和螺旋液體泵；其中網格過濾裝置為筐式過濾網，其底部開有孔徑在0.12rnrn的網孔，網孔孔徑大小一致或以O.lmm為單位連續變化。本發明實施例中采用的螺旋液體泵的流速為15kg/min。本發明實施例中采用的軋機軋制速度為1.5-2.0m/min。本發明實施例中采用的SF6氣體為市購產品。實施例1循環熔煉裝置如圖8所示，熔煉爐的坩堝1頂部連接保護氣體入口管5，坩堝1底部設置網格過濾裝置2，網格過濾裝置為筐式過濾網，其底部開有孔徑在0.12mm的網孔，網孔孔徑以O.lmm為單位連續變化；網格過濾裝置2通過連接桿3與測重儀4連接，螺旋液體泵6固定在熔煉爐上，其泵入口管7和泵出口管8設置在坩堝內，泵出口管7穿過網格過濾裝置2的側壁，與網格過濾裝置內部連通。采用上述裝置，將坩堝預熱至65(TC，將純鎂鑄錠置于網格過濾裝置內，通入氮氣和SF6混合氣體，混合氣體中SF6的體積百分比為0.4W;待純鎂鑄錠全部熔化后，啟動螺旋液體泵和測重儀，將金屬鋅、金屬釹和鎂鋯合金置于網格過濾裝置內，螺旋液體泵將金屬熔體強制循環通過過濾網格裝置，熔體中的雜質經多次循環后與合金熔體分離，被隔離在過濾網格裝置內，保護氣體使熔體表面形成一層致密氧化膜保護熔體不被氧化；當測重儀顯示網格過濾裝置的重量不再增加時，停止螺旋液體泵，完成熔煉。將熔煉完成后的熔體加熱至72(TC，然后澆注，合金凝固后起模，獲得鎂合金鑄錠。所獲得的鎂合金鑄錠顯微組織如圖1所示，其抗拉強度127.1MPa、屈服強度95.474MPa、斷裂伸長率3.01%。將獲得的鎂合金鑄錠分為三組，各自進行軋制，軋制方法為將鎂合金鑄錠加熱至325°C，保溫35min，然后進行多道次軋制，道次壓下量為.11~12.5%，各道次間在325335。C條件下退火1020min，總變形量分別為33%、50%和66%，獲得的變形鎂合金的成分按重量百分比為Zn5y。，Nd3%，Zr0.5%，余量為Mg;性能如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中變形量33%的變形鎂合金的橫向顯微組織如圖2所示，縱向顯微組織如圖3所示；變形量50%的變形鎂合金的橫向顯微組織如圖4所示，縱向顯微組織如圖5所示;變形量66%的變形鎂合金的橫向顯微組織如圖6所示，縱向顯微組織如圖7所示；由圖可知，鑄態時合金的晶粒較大，晶粒大小不均勻，經過變形后晶粒逐漸呈流線型。在變形量為33%時，晶粒內有大量的孿晶存在，.晶粒大小不均勻；在變形量為50%時，晶粒內的孿晶變得細小，有少量的再結晶出現；在突形量為66%時，晶粒內有少量的孿晶存在，而再結晶大量出現，晶粒變得較小且晶粒大小較為均勻。實施例2'釆用的循環熔煉裝置同實施例1。高強韌性變形鎂合金的制備方法同實施例1，不同點在于(1)坩堝預熱溫度為645'C，混合氣體中SF6的體積百分比為0.35。/。；(2)將熔煉完成后的熔體加熱至715'C，然后澆注；(3)軋制方法為將鎂合金鑄錠加熱至33(TC，保溫30min，然后進行多道次軋制，道次壓下量為11~12.5%，各道次間在325~335°<:條件下退火1020min，總變形量為64%，獲得高強韌性變形鎂合金，其成分為Zn4.5。/。，Nd2.5%，Zr0.25%，余量為Mg;抗拉強度、屈服強度和斷裂伸長率分別為294.4MPa、289.093MPa、8.2%。實施例3采用的循環熔煉裝置同實施例l。高強韌性變形鎂合金的制備方法同實施例l,不同點在于(1)坩堝預熱溫度為655'C，混合氣體中SF6的體積百分比為0.45。/。；(2)將熔煉完成后的熔體加熱至725'C，然后澆注；(3)軋制方法為將鎂合金鑄錠加熱至335'C，保溫25min，然后進行多道次軋制，道次壓下量為11~12.5%，各道次間在325335'C條件下退火1020min，總變形量為68%，獲得高強韌性變形鎂合金，其成分為Zn5.5。/。，Nd3.5%，Zr0.35%，余量為Mg;抗拉強度、屈服強度和斷裂伸長率分別為300.4MPa、290.4MPa、9%。實施例4采用的循環熔煉裝置同實施例1。高強韌性變形鎂合金的制備方法同實施例l，不同點在于(1)坩堝預熱溫度為650'C，混合氣體中SF6的體積百分比為0.4。/。；(2)將熔煉完成后的熔體加熱至72(TC，然后澆注；(3)軋制方法為將鎂合金鑄錠加熱至335'C，保溫30min，然后進行多道次軋制，道次壓下量為11~12.5%，各道次間在325-335°C條件下退火10~20min，總變形量為62%，獲得高強韌性變形鎂合金，其成分為Zn5。/。，Nd3%,ZrO.4%,余量為Mg;抗拉強度、屈服強度和斷裂伸長率分別為280.5MPa、275.254MPa、7.33%。權利要求1、一種高強韌性變形鎂合金，其特征在于該合金的成分按重量百分比為Zn4.5～5.5％，Nd2.5～3.5％，Zr0.25～0.5％，余量為Mg；其抗拉強度為260～300MPa，屈服強度為250～290MPa，斷裂伸長率為6～9％。2、一種高強韌性變形鎂合金的制備方法，將純鎂鑄錠、金屬鋅、金屬釹和鎂鋯合金按上述設定成分配制，采用熔煉爐、網格過濾裝置、測重儀和循環泵進行循環熔煉，步驟是將熔煉爐的坩堝加熱至645655'C，將純鎂鑄錠置于網格過濾裝置內，向坩堝內通入保護氣體，待純鎂鑄錠全部熔化后，按設定成分向網格過濾裝置中加入金屬鋅、金屬釹和鎂鋯合金，啟動測重儀和循環泵，使坩堝內的金屬熔體強制循環通過網格過濾裝置，當測重儀顯示網格過濾裝置的重量不再增加時，完成熔煉；其特征在于熔煉完成后在715725'C條件下澆注，獲得鎂合金鑄錠；然后將鎂合金鑄錠加熱至325335'C'，保溫2535min，再進行軋制，軋制的道次壓下量為1112,5。/。，各道次間在325335。C條件下退火1020min，總變形量為6268。/0，獲得高強韌性變形鎂合金。3、根據權利要求2所述的高強韌性變形鎂合金的制備方法，其特征在于所述的保護氣體為氮氣和SF6混合氣體，混合氣體中SFs的體積百分比為0.35~0.45%。全文摘要一種高強韌性變形鎂合金及其制備方法，屬于材料
技術領域：
，該合金的成分為Zn4.5～5.5％，Nd2.5～3.5％，Zr0.25～0.5％，余量為Mg；其抗拉強度為260～300MPa，屈服強度為250～290MPa，斷裂伸長率為6～9％。制備制備方法為將純鎂鑄錠、金屬鋅、金屬釹和鎂鋯合金按上述設定成分配制，采用熔煉爐、網格過濾裝置、測重儀和循環泵進行循環熔煉，然后澆注成鑄錠，加熱至325～335℃，保溫后進行軋制，總變形量為62～68％。本發明的方法制備的高強韌性變形鎂合金，具有較高的強韌性，而且易于軋制。文檔編號C22F1/06GK101603137SQ20091001254公開日2009年12月16日申請日期2009年7月15日優先權日2009年7月15日發明者正劉,偉吳,林楊,立林,鵬鄒,陳立佳,高曉丹申請人:沈陽工業大學