专利名称：一种高强度镁-锌-锰-钇镁合金材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轻金属材料，属于有色金属中镁合金生产领域，特别涉及一系列具有良好力学性能的高强度镁-锌-锰-钇镁合金材料。
背景技术：
镁合金作为最轻的商用金属结构材料，具有高的比强度、比刚度、优良的阻尼性能，以及防磁、屏蔽、散热、易切削加工、易回收等许多特性，在汽车、电子、电器、交通、航天、 航空和国防军事工业领域也具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。镁合金可分为变形镁合金和铸造镁合金两大类。与铸造镁合金相比，变形镁合金具有优良的综合性能，更高的强度和塑韧性，更适合于制作大型结构件和满足结构多样化的要求，因此在发展铸造镁合金的同时，应投入更多的力量进行变形镁合金的研究开发，使镁合金作为理想的轻质材料在更多、更广阔的领域得到应用。我国将镁合金的研究重点放在研究和开发高性能变形镁合金上面，抗拉强度一般要求超过300MPa。目前大部分高强镁合金材料都含有锆，一般是指Mg-Zn-&合金，其典型的合金牌号如ZK60，该合金抗拉强度达到340MPa，但是其含有贵金属Ir,成本高。张丁非等发明人研制的高含锌量的镁-锌-锰系镁合金(专利申请号2007100783 . 不含有贵金属，价格低廉，但不足在于抗拉强度仍然低于3(60。经文献检索发现，Y. Kawamura等在《Materials Transactions》(材料学报-第42卷第7期第1172 1176页上发表的 “Rapidly solidified powder metallurgy Mg97Zn1Y2 alloys with excellent tensile yield strength above 600MPa”(快速凝固粉末冶金冶炼具有600MPa以上超高强度的 Mg97Zn1Y2合金)，该文中采用快速冷却和粉末冶金(RS P/M)条件下制备的Mg97Si1Y2合金具有很高的强度，达到610MPa，但是其不足在于虽然强度很高，但是由于快速冷却和粉末冶金冶炼的加工设备和加工过程很复杂，对外界要求苛刻，根本无法在实际生产中应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度镁-锌-锰-钇镁合金材料，本发明所述镁合金材料与商业高强度变形镁合金160和高含锌量的镁-锌-锰系镁合金相比，抗拉强度和屈服强度显著提高；与Mg97SiJ2合金相比，除了合金的成分不同外，在同等制备条件下，在保持相同塑性的同时，抗拉强度和屈服强度明显提高，而且所述镁合金材料不需要施加特殊的工艺措施，如等通道挤压、快速凝固等，在普通工业化挤压、轧制、锻造等变形加工设备上变形加工就可获得高性能，因此具有成本低和商用价值高的优点。本发明的技术方案是本发明的高强度镁合金材料由Mg、Zn、Mn和Y组成，其各组分质量百分含量为 含量为1. 5 9. 0%;Μη含量为0. 5 1. 5%;Y含量为0. 3 10%;不可避免杂质彡0. 15%； 其余为镁。本发明较好的技术方案是镁合金各组分的质量百分比为 含量为3. 0% ;Mn含量为0. 9% ；Y含量为8. 0% ；不可避免杂质< 0. 15% ；其余为镁。所述镁合金材料通过挤压或轧制或锻造变形获得高强度。本发明镁合金材料按照通常镁合金的冶炼方法制备，进行均勻化处理后，在挤压机上挤压成棒材；本发明镁合金可以加工出尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品。本发明镁合金材料具体冶炼铸造和后续热挤压加工过程的具体步骤如下1.熔炼在半连续铸造设备上进行。原材料为工业纯镁锭、工业纯锌、Mg-30. 83% Y稀土中间合金和Mg-4. 1 % Mn中间合金，用熔剂覆盖后开始加热，温度在。C母料(镁锭) 全部熔化，然后打渣并加入锌锭和镁-锰中间合金，待全部熔化后搅拌2 5分钟，静置 15min，之后降温到690 720°C浇铸。2.挤压成型工序将铸锭在380 420°C下进行6 16小时的均勻化退火处理后，进行车皮。将车皮的铸锭在温度为360 450°C下进行变形加工成制品。本发明的高强度镁合金材料，其抗拉强度为0)3 = 321 41510^，屈服强度σα2 = 227 345MPa，延伸率为 δ =4. 9 12.6%。本发明的内在机理主要为Mg-ai-Y三元相主要有三种准晶I相(Mg3Si6Y, 二十面体准晶，具有优良机械性能)、面心立方W相(Mg2SiJ2，立方结构，高温稳定相)和长周期结构X相(Mg12SiY, 18R结构)，三种相都具有明显的强化作用，其中X相的强化效果最显著。 本发明合金成分是这样确定的本发明锌和钇含量分别为1.5 9.0%和0.3 10%。当Si含量一定时，随着Y 含量的增加，合金中的第二相依次从I相、I相+W相、W相、W相+X相到X相转变；当合金第二相主要为I相、I+W相或W相时，本发明镁合金材料具有良好的成型性能和热加工性，可实现高挤压(λ = 25)、快速挤压变形；当合金第二相主要为W相+X相或X相时，本发明镁合金材料在没有进行精炼、低挤压比(λ = 11)、未经过任何热处理的情况下，强度明显高于目前典型变形镁合金的强度。本发明锰含量为0. 5 1. 5%，可以使合金的晶粒得到有效细化。本发明不可避免的杂质为Al、Si、Ni、Cu、Fe，其总量彡0. 15%。本发明所述镁合金材料的优点是1.本发明镁合金材料采用常规化的铸锭制备手段冶炼，如熔剂保护、半连续铸造等，工艺简单，具有工业使用价值，打破了高性能镁合金制备工艺复杂、制备条件苛刻的限制，使得现有的工业条件就能直接生产出高性能镁合金。2.本发明镁合金材料中由于添加了稀土元素钇，钇与合金元素锌以及基体元素镁结合形成一系列具有一定体积分数和大小的Mg-ai-γ三元相，该系列化合物相具有较高的熔点和热稳定性，在变形过程中能够有效钉扎晶界，抑制再结晶晶粒长大，具有显著的强化作用。3.本发明镁合金材料不需要施加特殊的塑性变形工艺措施，如等通道挤压、快速凝固等，在普通工业化挤压、轧制、锻造等变形加工设备上就能变形加工，即可获得高于目前典型变形镁合金强度的性能。4.本发明所述镁合金材料具有很好的热稳定性，能有效抑制后续热机械处理中的化合物粗大和晶粒长大，同时热变形过程中当温度升高时，开始出现局部熔化的温度提高， 有利于选用更高的温度进行热变形，以提高合金的热变形塑性，减少变形抗力，提高热变形速率。5.与不含钇的镁-锌-锰合金相比，本合金材料添加了钇元素，生成了稀土强化相，合金力学性能有了显著的提升；与不含锰的镁-锌-钇合金相比，本合金材料添加了锰元素，锰可以使合金的晶粒得到有效细化，力学性能得到提升。下面参照附图并结合具体实例，进一步阐述本发明，应理解的是，这些实例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进，都属于本发明所要求保护的范围。
图1是编号G、H、J、K和M镁合金的X-射线衍射谱，其中，横坐标为2 θ角度；纵坐标为衍射强度(任意单位)；图2是编号N、0、P、Q和R镁合金的X-射线衍射谱，其中，横坐标为2 θ角度；纵坐标为衍射强度(任意单位)；图3a、3b、3c、3d、;3e和3f分别是编号G、H、J、K、M和Q镁合金的铸态微观组织金相照片；图^、4b3c、4d3e和4f分别是编号G、H、J、K、M和Q镁合金的挤压态微观组织金相照片；图fe、5b、5c、5dje和5f分别是编号G、H、J、K、M和Q镁合金的挤压态微观组织
扫描电子显微镜照片；图6a、6b、6c、6d、6e和6f分别是编号G、H、J、K、M和Q镁合金的拉伸断口形貌(扫
描电镜的背散射电子像)。
具体实施例方式实施例1 热挤压高强度镁-锌-锰-钇镁合金材料，所述镁合金各组分的重量百分比见表1。表1本镁合金材料化学组成(以下为质量百分含量)
权利要求
1.一种高强度镁-锌-锰-钇镁合金材料，其特征在于由Mg、Zn、Mn和Y组成，其各组分质量百分含量为Zn含量为 1. 5 9. 0% ； Mn含量为 0. 5 1. 5% ； Y含量为 0.3 10%; 不可避免杂质< 0. 15% ； 其余为镁。
2.根据权利要求1所述的高强度镁-锌-锰-钇镁合金材料，其特征在于镁合金材料各组分的质量百分比为 Si含量为 3.0%; Mn含量为 0. 9% ； Y含量为 8.0%; 不可避免杂质< 0. 15% ； 其余为镁。
3.根据权利要求1-2任一所述的高强度镁-锌-锰-钇镁合金材料，其特征在于所述镁合金材料通过挤压或轧制或锻造变形获得高强度。
全文摘要
本发明涉及一种高强度镁-锌-锰-钇镁合金材料，所述镁合金材料由Mg、Zn、Mn和Y组成，其各组分质量百分含量为Zn含量为1.5～9.0％；Mn含量为0.5～1.5％；Y含量为0.3～10％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。本发明材料与商业高强度变形镁合金ZK60和高含锌量的镁-锌-锰系镁合金相比，抗拉强度和屈服强度显著提高；与Mg97Zn1Y2合金相比，除了合金的成分不同外，在同等制备条件下，在保持相同塑性的同时，抗拉强度和屈服强度明显提高，所述镁合金材料不需要施加特殊的工艺措施，在普通变形加工设备上变形加工就可获得高性能，因此具有成本低和商用价值高的优点。
文档编号C22C23/04GK102226244SQ20111015096
公开日2011年10月26日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者兰伟, 张丁非, 张红菊, 徐杏杏, 潘复生, 罗素琴, 郭星星, 齐福刚 申请人:重庆大学