本發明屬于鎂合金
技術領域：
，具體是涉及一種高塑性變形鎂合金及其制備方法。
背景技術：
：鎂合金是目前工業應用中最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度和比剛度高、阻尼減震性好、電磁屏蔽效果好等優點，在汽車、摩托車、電子信息、軌道交通、航空航天等領域具有很大的應用潛力。但目前大多數鎂合金的絕對強度仍然較低，限制了鎂合金在眾多受力結構件上的應用。特別是鎂是密排六方晶體結構，其室溫塑性變形能力較差，這極大的限制了鎂合金變形材，如板帶、管材、型材和鍛件的生產和應用。晶粒細化是提高鎂合金力學性能和改善鎂合金塑性變形能力的有效方法。Zr元素對純鎂有明顯的晶粒細化作用，在純鎂液中加入很少量的鋯，就可大大提高純鎂的形核率，起到細化晶粒的作用。但Zr與Al元素會形成穩定的Al3Zr化合物，由于Al3Zr的體心正方形晶體結構與鎂的密排六方晶體結構完全不同，且二者的晶格常數相差很大，導致Al3Zr不能作為鎂晶粒的異質形核核心起到晶粒細化作用。但目前常用的變形鎂合金，如AZ31B、AZ61A和AZ80A等都含有Al元素，因此，解決含鋁變形鎂合金的晶粒細化問題，通過晶粒細化來提高鎂合金力學性能和改善鎂合金塑性變形能力具有十分重要的意義。技術實現要素：本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種強度高、塑性好的高塑性變形鎂合金及其制備方法。本發明的技術方案是這樣實現的：本發明所述的高塑性變形鎂合金，其特點是由以下成分及質量百分比組成：Al3.5～5.5%，Zn0.5～1.5%，Mn0.2～0.5%，Zr0.005～0.025%，C0.0005～0.0025%，B0.0005～0.0025%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。優選的，本發明所述的高塑性變形鎂合金，由以下成分及質量百分比組成：Al4.5%，Zn1.0%，Mn0.4%，Zr0.015%，C0.0015%，B0.0015%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。本發明所述的高塑性變形鎂合金的制備方法，其特點是包括以下步驟：第一步：選用工業鎂錠、鋁錠、鋅錠、Mg-20Mn合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在氣體保護和700～760℃條件下加熱熔化工業鎂錠，然后加入占原材料總重量為3～5.4%的鋁錠、0.5～1.5%的鋅錠和1～2.5%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.1～0.5%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金進行細化處理，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在680～740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高塑性變形鎂合金。本發明與現有技術相比，具有以下優點：本發明高塑性變形鎂合金的室溫抗拉強度大于250MPa，屈服強度大于220MPa，伸長率大于10%，具有強度高、塑性好的優點，適合于軋制、擠壓、鍛造等各種塑性成形加工工藝，可加工成板帶、棒材、管材、型材和鍛件等產品，具有廣闊的市場應用前景。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明作進一步的詳細說明。本發明所述的高塑性變形鎂合金，由以下成分及質量百分比組成：Al3.5～5.5%，Zn0.5～1.5%，Mn0.2～0.5%，Zr0.005～0.025%，C0.0005～0.0025%，B0.0005～0.0025%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。優選的，所述高塑性變形鎂合金的成分及質量百分比組成為：Al4.5%，Zn1.0%，Mn0.4%，Zr0.015%，C0.0015%，B0.0015%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。其中，Al、Zn、Mn是本發明所述高塑性變形鎂合金的主要合金元素，Al和Zn在鎂合金中具有固溶強化作用，還可與Mg分別形成Mg17Al12和MgZn強化相，提高鎂合金的抗拉強度。Mn可以提高鎂合金屈服強度，還可以除去鎂合金中的Fe以及其他重金屬元素，避免生成有害的晶間化合物，提高鎂合金的耐腐蝕性能和焊接性能。Al、Zn、Mn的含量越高，Mg17Al12和MgZn相的數量也越多，鎂合金的強度也越高，耐腐蝕性能和焊接性能也越好。但Al、Zn、Mn的含量越高，也會導致鎂合金的塑形下降。為確保鎂合金獲得足夠的強度、塑性、耐腐蝕性能和焊接性能，因此，Al含量選擇在3.5～5.5%，Zn含量選擇在0.5～1.5%，Mn含量選擇在0.2～0.5%，優選的，Al含量為4.5%，Zn含量為1.0%，Mn含量為0.4%。Zr、C、B是以Al-5Zr-0.5C-0.5B合金形式加入到鎂合金中。Al-5Zr-0.5C-0.5B合金是一種新型的鎂合金晶粒細化劑，是由氟鋯酸鉀、氟硼酸鉀和碳粉的混合物與鋁液反應得到，內部含有大量的ZrB2粒子和ZrC粒子。ZrB2粒子和ZrC粒子都具有熔點高、穩定性好的特點，特別是ZrB2粒子和ZrC粒子與鎂同為密排六方晶體結構，并且晶格常數相近，晶格常數錯配度非常低，是鎂晶粒的優良非均質形核核心，可細化鎂合金晶粒，提高鎂合金的塑性變形能力。發明人的大量實驗研究表明，添加0.1～0.5%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，鎂合金中含有0.005～0.025%的Zr，0.0005～0.0025%的C和B，鎂合金液中含有大量的ZrB2粒子和ZrC粒子，可形成ZrB2和ZrC粒子的雙相粒子復合晶粒細化作用，顯著細化鎂合金的晶粒，改善鎂合金的組織均勻性，提高鎂合金的塑性變形能力。發明人的實驗研究還表明，Al-5Zr-0.5C-0.5B合金比Al-5Zr-1C合金和Al-5Zr-1B合金都具有更強的晶粒細化能力，在相同添加量的條件下，添加Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，形成ZrB2和ZrC粒子的雙相粒子復合晶粒細化作用，其晶粒細化效果比只添加Al-5Zr-1C合金的ZrC單相粒子的晶粒細化效果或者只添加Al-5Zr-1B合金的ZrB2單相粒子的晶粒細化效果都更好，因此，本發明選擇添加Al-5Zr-0.5C-0.5B合金。優選的，Al-5Zr-0.5C-0.5B合金添加為0.3%，鎂合金中含有0.015的Zr，0.0015%的C和B。本發明還提供了所述高塑性變形鎂合金的制備方法，具體包括以下步驟：第一步：選用工業鎂錠、鋁錠、鋅錠、Mg-20Mn合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在氣體保護和700～760℃條件下加熱熔化工業鎂錠，然后加入占原材料總重量為3～5.4%的鋁錠、0.5～1.5%的鋅錠和1～2.5%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.1～0.5%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金進行細化處理，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在680～740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高塑性變形鎂合金。本發明的制備方法，選用工業鎂錠、鋁錠、鋅錠、Mg-20Mn合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料，通過優化Al、Zn、Mn主合金元素的含量，經精煉除氣除雜后，再加入Al-5Zr-0.5C-0.5B合金，能夠充分發揮Al-5Zr-0.5C-0.5B合金對鎂合金液的晶粒細化作用，確保本發明鎂合金獲得高強度和高塑性。為了更詳盡的描述本發明的高塑性變形鎂合金及其制備方法，以下列舉幾個實施例作更進一步的說明。實施例1：本發明所述的高塑性變形鎂合金的成分及質量百分比組成為：Al3.5%，Zn0.5%，Mn0.2%，Zr0.005%，C0.0005%，B0.0005%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。該高塑性變形鎂合金的制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業鎂錠、鋁錠、鋅錠、Mg-20Mn合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護和700℃條件下加熱熔化工業鎂錠，然后加入占原材料總重量為3.4%的鋁錠、0.5%的鋅錠和1%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.1%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金進行細化處理，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在680℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高塑性變形鎂合金。實施例2：本發明所述的高塑性變形鎂合金的成分及質量百分比組成為：Al4.5%，Zn1.0%，Mn0.4%，Zr0.015%，C0.0015%，B0.0015%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。該高塑性變形鎂合金的制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業鎂錠、鋁錠、鋅錠、Mg-20Mn合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護和730℃條件下加熱熔化工業鎂錠，然后加入占原材料總重量為4.2%的鋁錠、1%的鋅錠和2%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.3%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金進行細化處理，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在710℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高塑性變形鎂合金。實施例3：本發明所述的高塑性變形鎂合金的成分及質量百分比組成為：Al5.5%，Zn1.5%，Mn0.5%，Zr0.025%，C0.0025%，B0.0025%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。該高塑性變形鎂合金的制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業鎂錠、鋁錠、鋅錠、Mg-20Mn合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護和760℃條件下加熱熔化工業鎂錠，然后加入占原材料總重量為5%的鋁錠、1.5%的鋅錠和2.5%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.5%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金進行細化處理，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在740℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高塑性變形鎂合金。實施例4：本發明所述的高塑性變形鎂合金的成分及質量百分比組成為：Al3.5%，Zn1.5%，Mn0.5%，Zr0.025%，C0.0025%，B0.0025%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。該高塑性變形鎂合金的制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業鎂錠、鋁錠、鋅錠、Mg-20Mn合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護和750℃條件下加熱熔化工業鎂錠，然后加入占原材料總重量為3%的鋁錠、1.5%的鋅錠和2.5%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.5%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金進行細化處理，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在730℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高塑性變形鎂合金。實施例5：本發明所述的高塑性變形鎂合金的成分及質量百分比組成為：Al5.5%，Zn0.5%，Mn0.2%，Zr0.005%，C0.0005%，B0.0005%，Si≤0.1%，余量為Mg和不可避免的雜質，雜質單個≤0.05%，總量≤0.3%。該高塑性變形鎂合金的制備方法由以下步驟組成：第一步：選用工業鎂錠、鋁錠、鋅錠、Mg-20Mn合金和Al-5Zr-0.5C-0.5B合金為原材料；第二步：在體積百分比為0.5%SF6+99.5%CO2的混合氣體保護和710℃條件下加熱熔化工業鎂錠，然后加入占原材料總重量為5.4%的鋁錠、0.5%的鋅錠和1%的Mg-20Mn合金，攪拌熔化成鎂合金液；第三步：采用JDMR2溶劑對鎂合金液進行精煉除氣除雜，再加入占原材料總重量為0.1%的Al-5Zr-0.5C-0.5B合金進行細化處理，攪拌使鎂合金液的成分均勻；第四步：在690℃條件下將鎂合金液鑄造成鎂合金，得到高塑性變形鎂合金。按中華人民共和國國家標準GB/T16865-2013，將實施例1-5的高塑性變形鎂合金加工成標準拉伸試樣，在DNS200型電子拉伸試驗機上進行室溫拉伸，拉伸速率為2毫米/分鐘，拉伸力學性能如表1所示。表1實施例1-5的高塑性變形鎂合金的拉伸力學性能實施例序號抗拉強度/MPa屈服強度/MPa伸長率/%實施例1253.7224.117.7實施例2289.1258.515.5實施例3322.5296.412.8實施例4278.4244.218.2實施例5295.6266.510.5由表1的檢測結果可見，本發明高塑性變形鎂合金的室溫抗拉強度大于250MPa，屈服強度大于220MPa，伸長率大于10%，具有強度高、塑性好的優點，適合于軋制、擠壓、鍛造等各種塑性成形加工工藝，可加工成板帶、棒材、管材、型材和鍛件等產品，具有廣闊的市場應用前景。本發明是通過實施例來描述的，但并不對本發明構成限制，參照本發明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對于本領域的專業人士是容易想到的，這樣的變化應該屬于本發明權利要求限定的范圍之內。當前第1頁1 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