一种高强度高塑性镁合金的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度高塑性镁合金，按质量计由以下组分组成：Ni：3.0～4.5％；Y：4.0～5.0％；Zr：0.01～0.1％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。本发明高强度高塑性镁合金同时向镁基体中加入Y和Ni元素，在合金冶炼成型过程，Y、Ni与镁基体形成Mg2Ni和Mg12YNi相，其中Mg12YNi相为长周期堆垛结构(LPSO)，既可提高合金的强度，又能提高合金塑性，Mg2Ni则通过第二相强化机理提高合金强度；本发明进一步向合金中加入适量的Zr元素，并通过控制冶炼、成型工艺使锆以单质形式弥散分布在基体中，起到细化晶粒的作用。
【专利说明】一种高强度高塑性镁合金
【技术领域】
[0001] 本发明属于有色金属领域，涉及一种新型镁合金，特别涉及一种强度和塑性性能 优异的镁合金。
【背景技术】
[0002] 镁合金是最轻的金属结构材料之一，具有密度小（I. 74g/cm3)，比强度和比刚度 高，减振性能优良，储量丰富、易于回收的优点，倍受材料工作者的关注，被誉为"21世纪最 重要的绿色工程金属结构材料"，有望在汽车、电子、电器、航天航空领域获得广泛应用。
[0003] 低强度是制约镁合金推广应用的关键。普通镁合金（目前商用高强镁合金材 料Mg-Zn-Zr合金，其典型的合金牌号如ZK60,该合金抗拉强度只有340MPa)的绝对强度 为100-350Mpa，远低于钢的IOOOMpa和铝合金的600Mpa，严重影响镁合金的使用范围。为 此，众多材料工作者纷纷展开研究以期获得抗拉强度超过400MPa、延伸率超过5%的镁合 金材料；张丁非等人研制的高含锌量的镁-锌-锰系镁合金（申请号：200710078329. X) 虽然具有较高的延伸率（彡10% )，但抗拉强度仍然较低（彡360MPa) ;Y. Kawamura等在 材料学报-第42卷第7期第1172?1176页上发表的文章 "Rapidly solidified powder metallurgy Mg97Zn1Y2Blloys with excellenttensile yield strength above600MPa，'中 公开了一种采用快速冷却和粉末冶金（RS P/M)技术制备的Mg97Zn1Y2镁合金，该镁合金虽然 强度高达610MPa，但是延伸率仍然不高（约为5%)，且该合金的制备方法复杂，无法在实际 生产中应用。
[0004] 为此，有必要研发一种通过简单工艺即可获得的高强度高塑性新型镁合金。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同时具有一种高强度和高塑性镁合金。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种高强度高塑性镁合金，按质量计由以下组分组成：Ni :3. 0?4. 5% ;Y :4. 0? 5. 0% ;Zr :0. 01?0. 1% ;不可避免杂质彡0. 15% ;其余为镁。
[0008] 优选的，所述镁合金按质量计由以下组分组成：Ni :3. 9?4. 15% ;Y :4. 6? 4. 85% ;Zr :0. 02?0. 06% ;不可避免杂质彡0. 15% ;其余为镁。
[0009] 进一步，所述镁合金按质量计由以下组分组成：Ni :4. 03% ;Y :4. 74% :Zr :0. 03% ; 不可避免杂质< 0. 15%。
[0010] 进一步，所述不可避免的杂质中八1、51、(：11、？6单个含量<0.04%，总量<0.10%。
[0011] 进一步，所述镁合金抗拉强度彡400MPa，延伸率彡5%。
[0012] 进一步，所述镁合金屈服强度彡300MPa，延伸率彡7. 8%。
[0013] 本发明的有益效果在于：
[0014] 本发明高强度高塑性镁合金同时向镁基体中加入Y和Ni元素，在合金冶炼成型过 程，Y、Ni与Mg形成Mg 2Ni和Mg12YNi相。Mg12YNi相为长周期堆垛结构（LPSO)，在挤压态合金 中呈块状均匀分布于镁基体中，而Mg2Ni在挤压态合金中呈细小颗粒状弥散分布于镁基体 中，这两种合金相通过第二相强化机理提高合金强度。Mg12YNi相在铸态合金中以长棒状形 态分布于镁基体中，经过挤压处理，Mg 12YNi相发生扭折，部分扭折角度甚至达到小于45° 的程度（见图2)，显示出极高的塑性，因此Mg12YNi相在提高合金强度的同时，对合金塑性的 降低并不明显，使得本发明合金具有高强度和高塑性。本发明进一步向合金中加入适量的 Zr元素，并通过控制冶炼、成型工艺使锆以单质形式弥散分布在基体中，起到细化晶粒的作 用。Y、Ni的含量超出本发明合金范围，Mg 12YNi相逐渐减少至消失，合金的强度和塑性也随 之降低。Al、Si、Cu、Fe杂质的含量过高,合金的耐腐蚀性能降低,影响合金的使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是为实施例1、2所得合金的X-射线衍射谱；
[0016] 图2是实施例2铸态合金的微观组织金相照片；
[0017] 图3是实施例2挤压态合金的微观组织金相照片。
【具体实施方式】
[0018] 下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0019] 下述实施例将公开一种高强度高塑性镁合金，按质量计由以下组分组成：Ni : 3. 0?4. 5% ;Y :4. 0?5. 0% ;Zr :0· 01?0· 1% ;不可避免杂质彡0· 15% ;其余为镁。
[0020] 优选的，按质量计所述镁合金由以下组分组成：Ni :3. 9?4. 15% ;Y :4. 6? 4. 85% ;Zr :0. 02?0. 06% ;不可避免杂质彡0. 15% ;其余为镁。
[0021] 进一步，按质量计所述镁合金由以下组分组成：Ni :4. 03% ;Y :4. 74% :Zr :0. 03% ; 不可避免杂质< 0. 15% ;其余为镁。
[0022] 实施例1 :
[0023] 本实施例中，所述镁合金按质量计由以下组分组成：Ni :4. 03% ;Y :4. 74% :Zr : 0· 03% ;不可避免杂质约为(λ 15%，其中 Al (λ 02%，Si (λ 02%，Cu (λ 01%，Fe (λ 02%。
[0024] 本实施例制备高强度高塑性镁合金的方法，包括以下步骤：
[0025] 1)、选材：按照上述质量比选取原材料，本实施所选原材料为工业纯镁锭、工业纯 锆、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金；
[0026] 2)、冶炼：首先在电阻坩锅炉中加热工业纯镁至700°C，待母料全部熔化后，升温 至750°C进行打渣；然后向坩锅中加入锆锭、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金，待 全部熔化后搅拌2?5分钟，待成分均匀后静置保温15min ;
[0027] 3)、铸造：将步骤2)的熔体降温到700°C，在CO2和SF6混合气体保护下浇注成铸 锭；
[0028] 4)、机加工：车皮加工步骤3)所得铸锭至适合挤压筒的尺寸；
[0029] 5)、热挤压：首先将步骤4)的铸锭加热至470°C保温16小时进行均匀化退火，然 后将铸锭置于430°C保温50min，最后将铸锭挤压成棒材；挤压时挤压比为11，挤压速度为 2. Om/min ；
[0030] 6)、空冷步骤5)所得棒材至室温。
[0031] 实施例2:
[0032] 本实施例中，所述镁合金按质量计由以下组分组成：Ni :3. 54% ;Y :5.08% :Zr: 0.01%;不可避免杂质 0.15%，其余为镁，其中 Al 0.01%，Si 0.03%，Cu 0.02%，Fe 0· 02%。
[0033] 本实施例制备高强度高塑性镁合金的方法，包括以下步骤：
[0034] 1)、选材：按照上述质量比选取原材料，本实施所选原材料为工业纯镁锭、工业纯 锆、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金；
[0035] 2)、冶炼：首先在电阻坩锅炉中加热工业纯镁至700°C，待母料全部熔化后，升温 至750°C进行打渣；然后向坩锅中加入锆锭、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金，待 全部熔化后搅拌2?5分钟，待成分均匀后静置保温15min ;
[0036] 3)、铸造：将步骤2)的熔体降温到710°C，在CO2和SF6混合气体保护下浇注成铸 锭；
[0037] 4)、机加工：车皮加工步骤3)所得铸锭至适合挤压筒的尺寸；
[0038] 5)、热挤压：首先将步骤4)的铸锭加热至470°C保温18小时进行均匀化退火，然 后将铸锭置于430°C保温50min，最后将铸锭挤压成棒材；挤压时挤压比为11，挤压速度为 L 5 ?3m/min ;
[0039] 6)、空冷步骤5)所得棒材至室温。
[0040] 实施例3 :
[0041] 下述实施例将公开一种高强度高塑性镁合金，按质量计由以下组分组成：Ni : 3. 0%;Y :5.0% ;Zr :0.01%;不可避免杂质 0.12%;其余为镁；其中 Al 0.02%，Si 0.02%， Cu 0· 02%，Fe 0· 03%。
[0042] 本实施例制备高强度高塑性镁合金的方法，包括以下步骤：
[0043] 1)、选材：按照上述质量比选取原材料，本实施所选原材料为工业纯镁锭、工业纯 锆、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金；
[0044] 2)、冶炼：首先在电阻坩锅炉中加热工业纯镁至700°C，待母料全部熔化后，升温 至750°C进行打渣；然后向坩锅中加入锆锭、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金，待 全部熔化后搅拌2?5分钟，待成分均匀后静置保温15min ;
[0045] 3)、铸造：将步骤2)的熔体降温到690°C，在CO2和SF6混合气体保护下浇注成铸 锭；
[0046] 4)、机加工：车皮加工步骤3)所得铸锭至适合挤压筒的尺寸；
[0047] 5)、热挤压：首先将步骤4)的铸锭加热至480°C保温12小时进行均匀化退火，然 后将铸锭置于450°C保温30min，最后将铸锭挤压成棒材；挤压时挤压比为11，挤压速度为 2. 0 ；
[0048] 6)、空冷步骤5)所得棒材至室温。
[0049] 实施例4 :
[0050] 下述实施例将公开一种高强度高塑性镁合金，按质量计由以下组分组成：Ni : 4. 5% ;Y :4. 0% ;Zr :0· 1% ;不可避免杂质 0· 10% ;其余为镁，其中 Al 0· 03%，Si 0· 01%， Cu 0· 01%，Fe 0· 03%。
[0051] 本实施例制备高强度高塑性镁合金的方法，包括以下步骤：
[0052] 1)、选材：按照上述质量比选取原材料，本实施所选原材料为工业纯镁锭、工业纯 锆、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金；
[0053] 2)、冶炼：首先在电阻坩锅炉中加热工业纯镁至700°C，待母料全部熔化后，升温 至750°C进行打渣；然后向坩锅中加入锆锭、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金，待 全部熔化后搅拌2?5分钟，待成分均匀后静置保温15min ;
[0054] 3)、铸造：将步骤2)的熔体降温到720°C，在CO2和SF6混合气体保护下浇注成铸 锭；
[0055] 4)、机加工：车皮加工步骤3)所得铸锭至适合挤压筒的尺寸；
[0056] 5)、热挤压：首先将步骤4)的铸锭加热至450°C°C保温24小时进行均匀化退火， 然后将铸锭置于420°C°C保温90min，最后将铸锭挤压成棒材；挤压时挤压比为11，挤压速 度为 2. Om/min ;
[0057] 6)、空冷步骤5)所得棒材至室温。
[0058] 实施例5 :
[0059] 本实施例中，所述镁合金按质量计由以下组分组成：Ni :3. 9% ;Y :4. 85% ;Zr : 0.02%;不可避免杂质 0.13%;其余为镁，其中 Al 0.02%，Si 0.02%，Cu 0.03%， Fe 彡 0. 01%。
[0060] 本实施例制备高强度高塑性镁合金的方法，包括以下步骤：
[0061] 1)、选材：按照上述质量比选取原材料，本实施所选原材料为工业纯镁锭、工业纯 锆、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金；
[0062] 2)、冶炼：首先在电阻坩锅炉中加热工业纯镁至700°C，待母料全部熔化后，升温 至750°C进行打渣；然后向坩锅中加入锆锭、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金，待 全部熔化后搅拌4分钟，待成分均匀后静置保温15min ;
[0063] 3)、铸造：将步骤2)的熔体降温到710°C，在CO2和SF6混合气体保护下浇注成铸 锭；
[0064] 4)、机加工：车皮加工步骤3)所得铸锭至适合挤压筒的尺寸；
[0065] 5)、热挤压：首先将步骤4)的铸锭加热至450°C保温14小时进行均匀化退火，然 后将铸锭置于440°C保温50min，最后将铸锭挤压成棒材；挤压时挤压比为11，挤压速度为 2. Om/min ；
[0066] 6)、空冷步骤5)所得棒材至室温。
[0067] 实施例6 :
[0068] 本实施例中，所述镁合金按质量计由以下组分组成：Ni :4. 15% ;Y :4. 6 % ;Zr: 0.06%;不可避免杂质 0.15%;其余为镁，其中 A10.02%，Si 0.01%，Cu 0.02%，Fe 0· 01%。
[0069] 本实施例制备高强度高塑性镁合金的方法，包括以下步骤：
[0070] 1)、选材：按照上述质量比选取原材料，本实施所选原材料为工业纯镁锭、工业纯 锆、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金；
[0071] 2)、冶炼：首先在电阻坩锅炉中加热工业纯镁至700°C，待母料全部熔化后，升温 至750°C进行打渣；然后向坩锅中加入锆锭、Mg-40% Y中间合金和Mg-30% Ni中间合金，待 全部熔化后搅拌4分钟，待成分均匀后静置保温15min ;
[0072] 3)、铸造：将步骤2)的熔体降温到715°C，在CO2和SF6混合气体保护下浇注成铸 锭；
[0073] 4)、机加工：车皮加工步骤3)所得铸锭至适合挤压筒的尺寸；
[0074] 5)、热挤压：首先将步骤4)的铸锭加热至475°C保温16小时进行均匀化退火，然 后将铸锭置于450°C保温70min，最后将铸锭挤压成棒材；挤压时挤压比为11，挤压速度为 2. Om/min ；
[0075] 6)、空冷步骤5)所得棒材至室温。
[0076] 图1是为实施例1、2所得合金的X-射线衍射谱；由图1可见，实施例1、2所得合 金中除了 a-Mg外，还含有Mg12YNi及Mg2Ni相。
[0077] 图2是实施例2铸态合金的微观组织金相照片，结合图1分析，Mg12YNi相在铸态 合金中以长棒状形态分布于镁基体中。
[0078] 图3是实施例2挤压态合金的微观组织金相照片，由图3可见，经过挤压处理， Mg12YNi相发生扭折，部分扭折角度甚至达到小于45°的程度。
[0079] 取实施例1和2所得板材进行力学性能测试，结果下表所示：
[0080]
【权利要求】
1. 一种高强度高塑性镁合金，其特征在于，按质量计由以下组分组成：Ni :3. 0? 4. 5% ;Y :4. 0?5. 0% ;Zr :0? 01?0? 1% ;不可避免杂质彡0? 15% ;其余为镁。
2. 根据权利要求1所属高强度高塑性镁合金，其特征在于，按质量计由以下组分组成： Ni :3. 9 ?4. 15% ;Y :4. 6 ?4. 85% ;Zr :0? 02 ?0? 06% ;不可避免杂质彡 0? 15% ;其余为 镁。
3. 根据权利要求1所属高强度高塑性镁合金，其特征在于，按质量计由以下组分组成： Ni :4. 03% ;Y :4. 74% :Zr :0? 03% ;不可避免杂质彡 0? 15%。
4. 根据权利要求1所属高强度高塑性镁合金，其特征在于：所述不可避免的杂质中A1、 Si、Cu、Fe单个含量彡0? 04%，总量彡0? 10%。
5. 根据权利要求1-4任意一项所述高强度高塑形镁合金，其特征在于：所述镁合金抗 拉强度彡400MPa，延伸率彡5%。
6. 根据权利要求5任意一项所述高强度高塑形镁合金，其特征在于：所述镁合金屈服 强度彡300MPa，延伸率彡7. 8%。
【文档编号】C22C23/06GK104328320SQ201410706043
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】罗素琴, 潘复生, 汤爱涛, 蒋斌, 杜维唯, 刘文君, 程仁菊, 董含武 申请人:重庆市科学技术研究院