一种高强度变形镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轻金属材料技术领域，具体涉及一种高强度变形镇合金及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 镇合金作为一种新型轻质金属材料，具有密度低、比强度高、抗冲击、可循环利用 等一系列优点，具有广阔的应用前景。尤其是伴随着航空、高铁等交通运输领域和航天等军 工领域的高速发展，对高强度变形镇合金的需求日益迫切。
[000引 目前，商业用的高强度变形镇合金仅有AZ80 (Mg-SAl-O. 4Zn)和ZK60 (Mg-6Zn-0. 5Zr)。它们经变形+时效热处理后的抗拉强度约为300-350MPa，室温伸 长率8%。而目前应用在交通运输领域用作结构件的铅合金的抗拉强度普遍高于400MPa， 因此要使高强度镇合金取代部分铅合金应用在交通运输领域，迫切需要发展抗拉强度大于 400MPa，且成本与铅合金接近的低成本高强度变形镇合金。
[0004] 通过向AZ80和ZK60合金添加少量稀±元素（1-3%RE)，利用H元析出相提高强 度，从而获得高强度变形镇合金。如中国发明专利（发明名称；一种高强高初可焊变形稀± 镇合金，【申请号】200610172788.X)公开 了一种Mg-巧.5wt% ~6. 4wt% )&!-(0. 7wt. % ~ 1. 7wt% )Ym-化45wt%~0. 8wt% )Zr合金，该合金在挤压态下，室温平均抗拉强度为 340MPa。CN101805865A专利中公布了一种高强变形镇合金，其化学成分为Al;7. 8~9. 2%， 化；0. 2~0. 8%，Mn;0. 2~0. 5%，0. 5~2. 0%的稀±，获得的最大抗拉强度为360MPa，最 大室温伸长率为11.5%。"一种高强度高塑性变形镇合金及其制备方法"的专利中公开了 Mg-(4. 5wt% ~5. 5wt% )Zn-(；0. 5wt. % ~2. 5wt% )Ce-(0.Olwt. % ~0. 2wt%)Ti合金， 挤压后的室温平均抗拉强度为360MPa，屈服强度为245MPa，断后延伸率7%。上述合金是 在ZK60或者AZ80的基础上，加入少量稀±元素（1~3wt% )，提高合金的室温强度、高温 强度和焊接性能。但送些合金中添加的稀±含量较少，析出强化效果不理想，其变形态合金 抗拉强度均低于400MPa，不能满足交通运输领域对轻质材料强度的要求。
[0005] 随后，人们通过降低化含量并增加稀±含量，使稀±含量达到lOwt%W上，发展 了高稀±低锋的Mg-RE-Zn-Zr系合金，通过挤压或者社制等工艺进一步提高了合金的强度， 其强度可W超过400MPa，如专利CN101705404A公开的高强高初性镇合金及其制造方法中 部分合金的强度达到 400MPa;还有文献中[T.Homma,N.Kunito,andS.Kamado,F油rication ofextraordinaryhigh-strengthmagnesiumalloybyhotextrusion.Scripta Materialia, 2009. 6U6) :p. 644-647]提及Mg-10Gd-3Y-iai-0. 5Zr合金，经挤压和热处理 后抗拉强度达到450MPa，伸长率达到6%。送类高稀±低锋的Mg-RE-Zn-Zr系合金中由于 含有大量昂贵的稀±元素（合金中稀±含量大于10% )元素，导致合金成本成倍增加（镇 20元/公斤，稀± 300-500元/公斤），因而送类高强度Mg-RE-Zn-Zr合金难W在工业上得 到规模化应用。
[0006] 综上所述，现在开发出的变形高强度镇合金，存在强度达不到要求或者强度达到 400MPaW上但成本太高等缺点。因此，迫切需要探索和发展一种抗拉强度大于400MPa的低 成本变形镇合金，用W满足交通运输等领域对轻质高强材料的需求，推动高强度变形镇合 金的工业应用进程。
【发明内容】
[0007] 针对现有变形镇合金存在强度不足或者成本过高的问题，本发明提供了一种高强 度变形镇合金及其制备方法，通过采用低廉的普通合金化元素代替昂贵的稀±元素，使之 产生与稀±相同的强化效果，完全取代或者降低稀±含量，在保证强度的同时降低合金成 本。
[0008] 本发明技术方案是：
[0009] 一种高强度变形镇合金，按重量百分含量计，该镇合金成分为；Zn2. 0-6. 5 %， RE0. 1-3. 0%，CaO. 1-2. 0%，其余为Mg和不可避免的杂质；其中；RE为稀±元素，RE可W为 GcUY、Ce、La、Nd和化中的一种或几种。
[0010] 该镇合金中还含有晶粒细化剂，所述晶料细化剂为Mn和/或Zr,所述Mn的含量为 0. 2-2.Owt% (优选为 0. 3-1. 5wt% ),Zr的含量为 0. 01-0. 8wt% (优选为 0. 3-0. 7wt% )。
[0011]本发明镇合金中，化含量优选为2. 0-6.Owt%，RE含量优选为0. 3-1. 5wt%，化含 量优选为0. 2-1. 5wt%。
[0012] 按上述合金成分混料并制得合金铸锭，合金铸锭经过塑性变形热加工，获得本发 明高强度变形镇合金；所述塑性变形热加工是进行挤压、社制或者锻造等塑性变形加工。
[0013] 本发明设计原理如下：
[0014] 本发明通过在Mg-化合金中，添加少量稀±元素使其与Mg、化形成Mg-Zn-REH元 析出相，同时添加价格低廉的化元素使其与Mg、化形成Mg-Zn-化H元析出相，可W代替部 分Mg-Zn-RE析出强化相；添加少量Mn和或者Zr元素，细化铸态晶粒，并结合RE和Ca元素 在变形过程中的晶粒细化作用，实现细晶强化和析出强化的复合强化，既可W降低稀±的 含量，还可W进一步提高强度，获得一种低成本高强度变形镇合金。
[0015] 本发明通过科学选择合金元素、优化元素配比，调控析出相种类、数量和分布，增 强析出强化效果；同时细化合金铸态晶粒和变形后合金的晶粒尺寸，发挥细晶强化作用，利 用析出强化和细晶强化的复合强化作用，提高镇合金强度。
[0016] 本发明通过添加特定合金元素调控组织结构W提高力学性能，通过合金的成分设 计和组织调控，并利用塑性加工，获得一种高强度变形镇合金。与商业高强ZK60\AZ80镇 合金、高稀±高强镇合金W及特殊工艺制备的高强度镇合金相比，本发明具有一系列的优 占. ；、、、?
[0017] 1、本发明的高强度变形镇合金中稀±含量小于3%，其成本比高稀±含量的 Mg-RE-Zn-Zr合金的成本降低2/3。
[0018] 2、本发明的高强度变形镇合金抗拉强度达到400MPaW上，远高于商业ZK60和 AZ80等高强镇合金，并且成本只增加5%。
[0019] 3、本发明的高强度变形镇合金的制备可W通过工业用常规设备，如普通挤压或者 社制即可实现，可W在现有工业设备上实现批量生产，无需通过特殊加工方式，加工成本 低。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明实施例1中低成本高强度变形镇合金的组织；其中；(a)铸态组织， 化）挤压后的组织。
[0021] 图2为本发明实施例2中低成本高强度变形镇合金的组织；其中；(a)铸态组织， 化）挤压后的组织。
[0022] 图3为本发明实施例3中低成本高强度变形镇合金的组织；其中；(a)铸态组织， 化）挤压后的组织。
[0023] 图4为本发明实施例4中低成本高强度变形镇合金的组织；其中；(a)铸态组织， 化）挤压后的组织。
【具体实施方式】
[0024]W下结合附图及实施例对本发明技术方案进行详细描述，所描述的实例仅仅是本 发明一部分实施例，而不是全部的实施例，也并不是对本发明的限定。基于发明中的实施 例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发 明保护的范围。
[002引表1为本发明实施例1-5中低成本高强度变形镇合金Mg-Zn-RE-Ca-Mn-狂r)合金 化学组成（表中数据为化学分析的结果，W质量百分含量计），表1所述配方仅为保护范围 内的部分成分。表2为实施例1-5中合金经过挤压后的室温拉伸力学性能。表3为现有商 业及研发的高强度变形镇合金室温力学性能。
[0026] 实施例1
[0027]