專利名稱：一種高強度高塑性鎂合金材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度高塑性鎂合金材料及其制備方法，屬于有色金屬合金及其制備技術領域。
背景技術：
鎂合金材料是目前工程應用中質量最輕的金屬材料，具有比重小，比強度高，比剛度高，導電、導熱性能好，減震性好，電磁屏蔽好，易切削加工，易于回收等多種優點，廣泛應用在航空、航天、汽車、船舶、電子信息產品中，成為21世紀最有應用前景的金屬材料。目前應用最為廣泛的有鑄造行業應用的AZ91D鎂合金，在型材、板材中應用的變形鎂合金AZ31、AZ61、AZ80、ZK60等。然而現有的鎂合金材料的強度較低或者延伸率較低，兩者難以同時兼顧，這嚴重制約了鎂合金材料的應用和推廣。目前國內外廣泛開展了提高鎂合金強度和塑性的研究工作，歐美日等國家開展的高強度、高塑性鎂合金材料研究處于較領先的地位，·研制出的新型鎂合金材料具有較高的強度和較好的塑性性能，已經制定出了一些標準牌號的稀土鎂合金材料，并應用于工業化生產中。國內目前已經有部分高校、研究所和企業開展了相關方面的研究工作，已經取得了一些初步進展，如上海交通大學、重慶大學、長春應用化學研究所、聞喜銀光鎂業等都分別研制出了一些高強度的稀土鎂合金材料。然而這些高校、研究所和企業的研究成果有著共同的缺點，那就是鎂合金中稀土含量較高，基本都達到20%以上，塑性性能較差，基本都在5%以下。稀土元素含量高導致材料的成本較高，市場競爭力差；塑性性能較差限制了其應用領域和范圍。綜合這些因素，導致了這些材料仍然處于實驗室階段，難以大批量的生產，同事兼顧高強度和高塑性的鎂合金還有待于進一步開發。
發明內容
本發明的目的是為了以較低的成本，較低的合金元素含量，較經濟的提高鎂合金材料的強度和塑性，提供一種高強度高塑性鎂合金材料及其制備方法。本發明的一種高強度高塑性鎂合金材料，其各組分質量百分數如下Nd :0. 5 3. 5wt %, Ga :0. 2 I. 2wt %, Zr :1. 5 4. 5wt , Zn :0. I I. Owt % ;雜質兀素A1 ^ 0. 02wt% ,Mn ^ 0. 05wt%,Fe ^ 0. 01wt%, Si ^ 0. 05wt%, Cu ^ 0. 001wt%,Ni ( 0. 001wt%，其它雜質元素含量彡0. 05wt%，余量為Mg。本發明的一種高強度高塑性鎂合金材料的制備原材料采用純Mg、純Zn、Mg-Zr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金，純鎂、純鋅及中間合金中雜質元素的含量在符合國家標準的基礎上還應符合A1 ( 0. 002wt %,Mn( 0. 006wt%，Fe 彡 0. 0008wt%,Si ^0. 004wt%,Cu^ 0. 00008wt%,Ni ^0. 00007wt%。本發明的一種高強度高塑性鎂合金材料的制備方法是(I)準備按鎂合金材料的成分配比準備純Mg、純Zn、Mg-Zr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金,其中純Mg的燒損量按5wt%計算,純Zn的燒損量按3wt%計算，Mg-Zr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金的燒損量分別按15wt%計算；
(2)中間合金的加入在工業用工頻感應熔化爐中先將純鎂、純Zn加熱，在加熱至400°C以上時通入I. 0 2. OL/min的氬氣進行保護，加熱至720°C ±10°C，保溫15 30分鐘使金屬材料完全熔化，熔化后保持熔液溫度720V 土 10°C保溫20min，依次加入Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金，熔化后保持熔液溫度720V ±10°C，保溫10 15分鐘；之后加入Mg-Zr中間合金，熔化后保持熔液溫度720V ± 10°C，保溫5分鐘；(3)澆鑄工藝澆鑄溫度控制在680°C 700°C之間，澆鑄時間控制在Mg-Zr中間合金的加入后10分鐘以內；(4)采用熱軋的方式對澆鑄好的高強度高塑性鎂合金進行塑性變形，總變形量控制在35% 45%之間；(5)去應力退火工藝為電阻爐加熱，通入I. 0 2. OL/min的氬氣進行保護，溫度控制在100。。 150°C之間，加熱時間為10 30分鐘。發明效果本發明的一種高強度高塑性鎂合金材料及其制備方法，特點之一是原材料來源廣泛，采用國內大量生產和銷售的純鎂、純鋅及鎂稀土、鎂鋯中間合金材料；特點之二是通過Zn、Nd、Ga、Zr的合金化科學配方設計，以比較低的合金元素含量較大幅度的同時提高鎂合金材料的強度和塑性，特點之三是通過軋制和熱處理獲得鎂合金材料具有較高的強度和塑性，室溫力學性能達到=Rm≥350MPa, A≥12%。
具體實施例方式下面對本發明作進一步的說明(一 )合金成分的控制鎂合金中各元素及雜質含量(質量百分數)Nd :0. 5 3. 5wt %，Ga :0. 2 I. 2wt %, Zr : I. 5 4. 5wt , Zn :0. I I. Owt % ;雜質兀素A1 ^ 0. 02wt %,Mn ( 0. 05wt%, Fe ( 0. 01wt%, Si ( 0. 05wt%, Cu ( 0. 001wt%, Ni ( 0. 001wt%，其它雜質元素含量彡0. 05wt%，其余為Mg。(二)材料制造工藝(I)準備按鎂合金材料的成分配比準備純Mg、純Zn、Mg-Zr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金,其中純Mg的燒損量按5wt%計算,純Zn的燒損量按3wt%計算，Mg-Zr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金的燒損量按15wt%計算。(2)中間合金的加入在工業用工頻感應熔化爐中先將純鎂、純Zn加熱，在加熱至400°C以上時通入I. 0 2. OL/min的氬氣進行保護，加熱至720°C ±10°C，保溫15 30分鐘使金屬材料完全熔化，熔化后保持熔液溫度720V 土 10°C保溫20min，依次加入Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金，熔化后保持熔液溫度720V ±10°C保溫10 15分鐘；之后加入Mg-Zr中間合金，熔化后保持熔液溫度720°C 土 10°C保溫3 5分鐘。(3)澆鑄工藝澆鑄溫度控制在680°C 700°C之間，澆鑄時間控制在Mg-Zr中間合金的加入后10分鐘以內。(4)采用熱軋的方式對高強度高塑性鎂合金進行塑性變形，工藝為將鑄造板坯進行400°C 420°C，12h 15h的均化熱處理，銑去表面氧化皮。軋制預熱溫度420°C 450°C，時間1. 5h 4h，預熱時采用電阻爐，通入I. 0 2. OL/min的工業普通氬氣保護。軋輥預熱溫度20(TC 40(TC，軋輥表面涂刷石蠟或豬油。第一次軋制變形量10% 25%，溫度420°C 450°C，第二次軋制變形量10% 15%，溫度350°C 400°C，第三次軋制變形量5% 10%，溫度300°C 350°C，變形量根據軋制情況適當調整，總變形量控制在35% 45%之間。(5)去應力退火工藝為100°C 150°C之間，時間為10 30分鐘，電阻爐加熱，通入I. 0 2. OL/min的工業普通氬氣保護。鎂合金板材的室溫力學性能達到Rm彡350MPa,A 彡 12%。(6)本發明設計的材料同樣適用于鎂合金擠壓型材。·實施例I分別購置雜質含量在要求范圍內的純Mg、純Zn、MgZr25中間合金、MgNdlO中間合金、MgGalO中間合金，按照中間合金元素的含量配置成分，如表I所示。表I配料重量及元素含量
權利要求
1.一種高強度高塑性鎂合金材料，其特征是合金材料各組分質量百分數如下Nd:O.5 3. 5wt %, Ga :0· 2 I. 2wt %, Zr : I. 5 4. 5wt %, Zn :0· I I. Owt % ;雜質兀素A1 ( O. 02wt %, Mn ^ O. 05wt %, Fe ^ 0. Olwt %, Si ^ 0. 05wt %, Cu ^ 0. OOlwt %，Ni ( 0. 001wt%，其它雜質元素含量彡O. 05wt%，其量為Mg。
2.根據權利要求I所述的高強度高塑性鎂合金材料，其特征是鎂合金材料的制備原材料采用純Mg、純Zn、Mg-Zr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金，純鎂、純鋅及中間合金中雜質元素的含量符合A1 ( O. 002wt%, Mn ( O. 006wt %, Fe ( O. 0008wt%,Si ( 0. 004wt%, Cu ^ 0. 00008wt%, Ni ^ 0. 00007wt%。
3.一種根據權利要求I或2所述的高強度高塑性鎂合金材料的制備方法，其特征是 (1)準備按鎂合金材料的成分配比準備純Mg、純Zn、Mg-Zr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金,其中純Mg的燒損量按5wt%計算,純Zn的燒損量按3wt%計算,Mg-Zr中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金的燒損量分別按15wt%計算； (2)中間合金的加入在工業用工頻感應熔化爐中先將純鎂、純Zn加熱，在加熱至400°C以上時通入I. O 2. OL/min的氬氣進行保護，加熱至720°C ±10°C，保溫15 30分鐘使金屬材料完全熔化，熔化后保持熔液溫度720V 土 10°C保溫20min，依次加入Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金，熔化后保持熔液溫度720V ±10°C，保溫10 15分鐘；之后加入Mg-Zr中間合金，熔化后保持熔液溫度720V ±10°C，保溫5分鐘； (3)澆鑄工藝澆鑄溫度控制在680°C 700°C之間，澆鑄時間控制在Mg-Zr中間合金的加入后10分鐘以內； (4)采用熱軋的方式對澆鑄好的高強度高塑性鎂合金進行塑性變形，總變形量控制在35% 45%之間； (5)去應力退火工藝為電阻爐加熱，通入I.O 2. OL/min的氬氣進行保護，溫度控制在100。。 150°C之間，加熱時間為10 30分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種高強度高塑性鎂合金材料及其制備方法，合金材料各組分質量百分數如下Nd0.5～3.Swt％，Ga0.2～1.2wt％，Zr1.5～4.5wt％，Zn0.1～1.0wt％；雜質元素Al≤0.02wt％，Mn≤0.05wt％，Fe≤0.01wt％，Si≤0.05wt％，Cu≤0.001wt％，Ni≤0.001wt％，其它雜質元素含量≤0.05v％，其余為Mg。其制備方法是在工業用工頻感應熔化爐中先將純鎂、純Zn加熱，在加熱至400℃以上時通入1.0～2.0L/min的氬氣進行保護，加熱至720℃±10℃，保溫15～30分鐘使金屬材料完全熔化，熔化后保溫20min，依次加入Mg-Nd中間合金、Mg-Ga中間合金，熔化后保溫10～15分鐘；之后加入Mg-Zr中間合金，熔化后保溫3～5分鐘。其優點是原材料來源廣泛，通過Zn、Nd、Ga、Zr的合金化科學配方設計，并通過軋制和熱處理獲得了具有高強度和高塑性的鎂合金材料，室溫力學性能達到Rm≥350MPa，A≥12％。
文檔編號C22C23/06GK102787264SQ20121017424
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者劉利濤, 狄石磊 申請人:劉利濤, 狄石磊