高强韧稀土镁合金材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镁合金，本发明还涉及镁合金的制备方法。
【背景技术】
[0002]镁及其合金是目前工业应用最轻的结构金属材料，由于其具有较高的比强度、比刚度，很好的电磁性、导热性及其减震、阻尼性等性能，应用潜力巨大；但其强度不高、高温性能较差的缺点严重制约了其在民用、军工等领域的广泛应用。
[0003]本发明属于含Y稀土镁合金，Y在Mg中的固溶度很高，且Mg-Y合金具有很好的时效强化能力。在此之前，国内外对于含Y稀土镁合金已有广泛的研究。通过与其它合金元素的合理配比，开发了像 WE33(Mg-3% Y-2.5% Nd-0.5% Zr)、WE43(Mg-4% Y-2.25%Nd-0.5% Zr)、WE52(Mg-5% Y-2Nd_0.4% Zr)、WE54(Mg_5.1 % Y-3.2Nd_0.5% Zr)等技术成熟的含Y稀土镁合金，并已在航空航天领域得到广泛应用。
[0004]其中WE43具有优异的综合性能及高温稳定性，在300°C其性能保持1000h之久，300°C时的抗拉强度为150MPa?170MPa，适于250°C应用；WE52经固溶时效处理后，屈服强度与抗拉强度分别为183MPa和255MPa左右；WE54的T6态的典型室温屈服强度与抗拉强度分别为200MPa和275MPa。
[0005]另外，近些年国外利用快速凝固技术，通过细化晶粒和纳米级弥散强化相方法开发了 Mg-Y-Zn稀土镁合金，开发的Mg97Y2Znl合金具有很高的拉伸强度、高的高温强度、高应变速率超塑性和高热稳定性，抗拉强度达到610MPa。
[0006]现有技术中也有通过添加稀土 Y于镁合金中来提高合金的综合性能，如专利号为ZL200410081258.5的中国发明专利《一种含稀土钇的高塑性镁合金》(授权公告号为CN1297676C)，其中，Y的含量不超过2% ;还可以参考专利号为ZL200710011505.X的中国发明专利《有效利用稀土元素Y强化Mg-Zn-Y-Zr系镁合金及制备方法》(授权公告号为CN100569976C)，其中Zn/Y满足6?15，Ζη的含量远大于Υ的含量，Υ含量不超过5% ;还可以参考申请号为201310417034.6的中国发明专利申请公开《一种高强度高韧性镁合金及其制备工艺》(公布号为CN103498086A)，其中Υ的含量不超过1.0%。这些合金的通过稀土 Υ的加入，的确使镁合金的抗拉强度和屈服强度得到了提高，但还不是最理想的，还有进步空间，这需要进行组合重量配比的优化设计和大量的试验才能创造性得出。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种高强韧稀土镁合金材料。
[0008]本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种高强韧稀土镁合金材料的制备方法。
[0009]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种高强韧稀土镁合金材料，其特征在于该镁合金材料包括如下重量配比的组分:Υ为3.0?12.4%，Ζη为2.5?3.5%，Zr为 0.2 ?0.65%, Si 彡 0.03%, Fe 彡 0.05%, Ca 彡 0.03%, Cu 彡 0.01%, Ni 彡 0.005%,单个杂质含量< 0.05%，杂质总含量< 0.30%，其余为Mg，并且，Y元素含量大于Zn。
[0010]作为优选，该镁合金材料包括如下重量配比的组分:Y为11.5?12.4%，Zn为3.5%，Zr 为 0.65%，Si 彡 0.03%，Fe 彡 0.05%，Ca 彡 0.03%，Cu 彡 0.01%，Ni 彡 0.005%，单个杂质含量彡0.05%，杂质总含量彡0.30%，其余为Mg。
[0011]—种高强韧稀土镁合金材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤:
[0012]①熔炼:将Mg?Y，Mg?Zr中间合金和全部的纯Mg入炉加覆盖剂，升温至750 °C?780 °C充分熔化，降至710 °C?730 °C后加入纯Zn后搅拌，静置30min?50min除渣加覆盖剂，静置lOmin?20min后浇注；
[0013]②铸造:浇注温度695?710 °C，铸造速度75?85mm/min，冷却水压0.7?0.9X 106Pa，冷却水流量彡15m3/h ；
[0014]③预时效:预时效固溶温度，495°C?505°C，预时效固溶时间24h，然后铸锭出炉水淬，继续预时效，预时效温度195°C?200°C，预时效时间30h?90h时效；
[0015]④热乳:乳制温度385°C?410°C，乳制速度100?150mm/s，总加工率> 70%，道次加工率5%?25% ；
[0016]⑤时效:时效温度200°C，时效时间24?50h。
[0017]进一步，步骤④所述热乳过程中进行退火处理，条件为退火温度380?390°C，退火处理时间lh。
[0018]与现有技术相比，本发明的优点在于:镁合金材料中加入较高含量的Y稀土元素，同时合理搭配Zn、Zr等合金元素的综合应用，提高了合金的固溶度。通过高含量的稀土元素的添加有效提高了合金的抗拉强度、屈服强度，对合金力学性能的提高有较大贡献。另夕卜，该系低合金化的镁合金板材仍具有优异综合力学性能。
【具体实施方式】
[0019]以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0020]实施例1:本实施例中Mg-Y-Zn-Zr合金的化学成分(wt.% )是:Υ12.4，Ζη3.45，Zr0.60，Si ( 0.03，Fe ( 0.05，Ca ( 0.03，Cu ^ 0.01, Ni ^ 0.005，单个其他杂质含量(0.05，杂质总含量彡0.30，其余为Mg。本实施例中Mg-Y-Zn-Zr合金板材的制备方法按以下步骤进行:
[0021]—、按照上述合金成分称重，熔铸使用的原材料为高纯镁锭、纯锌锭、镁钇中间合金、镁锆中间合金；
[0022]二、将重熔用Mg?Y、Mg?Zr中间合金和全部的纯Mg入炉加覆盖剂(RJ-5)，升温至750°C充分熔化，降至730°C后加入纯Zn后搅拌棒搅拌，静置50min除渣加覆盖剂(RJ-5)，保温静置lOmin后浇注。浇铸温度710°C，铸造速度75?85mm/min，冷却水压0.8?0.9X106Pa，冷却水流量 16.5m3/h，获得 200mmX 300mmX 500mm 的铸锭。
[0023]三、将铸锭进行固溶温度505°C X固溶时间24h+水淬+时效温度200°C X时效时间90h时效，室温装炉，加热1小时30分钟至410°C保温2h ；
[0024]四、热乳工艺:开乳温度395°C，终乳温度385°C，乳制速度120mm/s?145mm/s，总加工率86 %，道次加工率5 %?25 % ;
[0025]五、板材中间退火工艺:退火温度390°C X退火时间lh ;经中间一次退火，最终获得28mm厚板材；
[0026]六、对终乳板材进行时效温度200°C X时效时间50h时效处理，获得高强韧镁合金板材，该材料测量结果:抗拉强度Rm:378MPa，屈服强度RP0.2:305MPa，延伸率A: 10%。
[0027]实施例2:本实施例中Mg-Y-Zn-Zr合金的化学成分(wt.% )是:Y11.5，Ζη3.5，Zr0.65，Si ( 0.03，Fe ( 0.05，Ca ( 0.03，Cu ^ 0.01, Ni ^ 0.005，单个其他杂质含量(0.05，杂质总含量彡0.30，其余为Mg。本实施例中Mg-Y-Zn-Zr合金板材的制备方法按以下步骤进行:
[0028]—、按照上述合金成分称重，熔铸使用的原材料为高纯镁锭、纯锌锭、镁钇中间合金、镁锆中间合金；
[0029]二、将重熔用Mg?Y、Mg?Zr中间合金和全部的纯Mg入炉加覆盖剂(RJ-5)，升温至780°C充分熔化，降至730°C后加入纯Ζη后搅拌棒搅拌，静置30min除渣加覆盖剂(RJ-5)，保温静置lOmin后浇注。浇铸温度705°C，铸造速度80?85mm/min，冷却水压0.7?0.9X 106Pa，冷却水流量 15m3/h，获得 200mmX 300mmX 500mm 的铸锭。
[0030]三、将铸锭进行固溶温度505°C X固溶时间24h+水淬+时效温度200°C X时效时间90h时效，室温装炉，加热1小时20分钟至410°C保温2h ；
[0031]四、热乳工艺:开乳温度400°C，终乳温度385°C，乳制速度120mm/s?150mm/s，总加工率85 %，道次加