高强度高塑性镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种镁合金，特别涉及一种高强度高塑性镁合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着环境问题的越来越突出，交通运输行业对轻量化高性能材料越来越重视。镁 合金具有密度轻，比强度及比刚度高、压铸性能及阻尼性能好等铝合金不可比拟的优点，全 面替代铝合金为必然发展趋势。目前，最常见的商用压铸镁合金都为Mg-Al合金，其中，力 学性能较好的AZ91合金（Mg-9Al-lZn)的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为230Mpa、 150MPa和3. 5%，其值大大低于铝合金，尤其是过低的塑性限制其在汽车上的应用。
[0003] 稀土元素（RE)具有独特的外层电子结构，不仅能有效地改善合金的铸造性能及 减少缩松和热裂倾向，还可显著优化合金的显微组织和提高力学性能。但单独添加一种稀 土元素对合金的力学性能提高有限，加入多种稀土元素时，由于元素间的相互影响，不仅可 以降低彼此在镁基体中的固溶度，还可以明显提高合金的强化效果。因此采用多元稀土合 金化是减少稀土使用量、提高力学性能的必然选择。目前，国内外对高强高塑性压铸稀土镁 合金的应用研究还较少，尤其是压铸性能良好的低稀土含量高强高塑性压铸稀土镁合金还 未见报道。
[0004] 我国的镁及稀土资源十分丰富，因此，开发出适应我国基本国情的高强高塑性压 铸稀土镁合金，全部或部分替代铁、铜、铝合金及塑料元件，满足工业轻量化的发展趋势，具 有重要的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对目前商用Mg-Al系压铸镁合金强度低，塑性差等缺点，提 供了一种高强高塑性压铸镁合金及其制备方法。
[0006] 本发明提供的一种高强度高塑性镁合金，该镁合金的化学成分按质量百分比为： 7. 5 ~9. 0% Α1，0· 5 ~I. 0% Zn，0. 1 ~0· 5% Mn，0. 1 ~I. 0% La，0. 1 ~I. 0% Y，0. 1 ~ 1.0% Nd，0. 1~1.0% Ca，其余为Mg和不可避免的杂质元素。
[0007] 上述的高强度高塑性镁合金，该镁合金的化学成分按质量百分比为：7. 5~9. 0% Al，0.5~0.8%Zn，0.1~0.2%Mn，0.1~0.8%La，0.1~0.5%Y，0.1~0.8%Nd，0.1~ 0. 6% Ca，其余为Mg和不可避免的杂质元素。
[0008] 上述的高强度高塑性镁合金，在铸态下，该镁合金的抗拉强度为268~301MPa，屈 服强度为175~195MPa，伸长率5. 2~10. 2%。
[0009] 本发明还提供一种制备上述的高强度高塑性镁合金的制备方法，该方法包括以下 步骤：
[0010] Sl :按设计的合金成分取镁锭、铝锭、锌锭、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-La 中间合金、Mg-Ca中间合金及Al-Mn中间合金配料称重；
[0011] S2 :将镁锭、铝锭预热并加热熔化形成熔体，将熔体升温至700~720°C，再将锌 锭、Mg-Y中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-La中间合金、Mg-Ca中间合金、Al-Mn中间合金直 接加入熔体中，使其融化，并搅拌均匀；
[0012] S3 :再将搅匀后的熔体升温至730~750°C，进行精炼，再保温静置，
[0013] S4 :将精炼后的熔体冷却，再扒去表面浮渣，然后进行压铸以获取镁合金产品。
[0014] 上述的制备方法，镁锭的纯度彡99. 99%，铝锭的纯度彡99. 95%，锌锭的纯度 彡 99. 99% 〇
[0015] 上述的制备方法，在步骤S2中，所述搅拌为机械搅拌，搅拌时间2~5min，搅拌速 度为 30 ~60r/min，
[0016] 上述的制备方法，在步骤S3中，通入Ar气搅拌精炼除气，搅拌时间5~lOmin，气 体压力为〇· 2~0· 5Mpa，通气量2~5L/min。
[0017] 上述的制备方法，在步骤S3中，保温静置时间为20~50min。
[0018] 上述的制备方法，在步骤S4的压铸过程中，浇注温度为660°C~720°C，模具温度 为220°C~280°C，一级与二级压射速度彡0. 2m/s，三级压射速度为4~6m/s，压射比压 60 ~85MPa〇
[0019] 上述的制备方法，在步骤S4中，将精炼后的熔体冷却至680°C~720°C。
[0020] 实施本发明的有益效果在于：在轻稀土元素中，La与Al优先形成长条状的Al11La 3 相，这种相更能阻碍位错的运动，其次这种相的分解能高于Al11CeJP Al nNcMf，因此合金 具有较好的耐热性能，Nd元素在镁基体中的最大固溶度为3. 6wt. %，它能显著地提高镁合 金的力学性能和蠕变抗力，Y元素具有比Nd元素更优异的固溶强化和析出强化效果，在晶 界处形成的细小弥散分布的Al 2(Nd, Y)或Al11 (Nd,幻3相能够显著地提高合金的力学性能。 少量Ca固溶进Mg17Al 12相中，可提高合金的力学性能及耐热性能，但以上元素单独添加对 合金力学性能的提高有限。因此，在本发明中通过复合添加多种元素，由于元素间的相互影 响，不仅可以降低彼此在镁基体中的固溶度，减少稀土使用量，还可以明显提高合金的强化 效果，从而得到一种具有高强度、高塑性的镁合金。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0022] 实例 1
[0023] 将镁锭、铝锭预热到250°C，放入预热到350°C的熔炉内加热熔化，待合金完全熔 化后形成熔体，将熔体升温至720°C时，将锌锭、Mg-La、Mg-Nd、Mg-Ca、Mg-Y、Al-Mn中间合 金直接加入熔体中，待加入熔体的合金熔化后，机械搅拌2min，搅拌速度为30r/min，搅拌 均匀；再将搅匀后的熔体升温至740°C，将Ar气通入熔液底部，精炼搅拌lOmin，气体压力为 0. 5Mpa，通气量5L/min ;然后保温静置20min。最后将精炼后的熔体降温至700°C，扒去表 面浮渣，在冷室压铸机上进行压铸生产，压铸生产的一级与二级压射速度0. 16m/s，三级压 射速度为5. 5m/s，浇注温度690°C，模具温度为250°C，压射比压60MPa，由此压铸获得镁合 金产品，该镁合金产品为试样1。其中，镁锭的纯度多99. 99%，铝锭的纯度多99. 95%，锌锭 的纯度彡99. 99%。
[0024] 表1该试样1的镁合金产品成分（按质量百分比）
[0026] 将压铸的合金试样打磨后进行拉伸，测得的合金室温抗拉强度为268MPa，屈服强 度为175MPa，伸长率5. 2%。
[0027] 实施例2
[0028] 将镁锭、铝锭预热到250°C，放入预热到350°C的熔炉内加热熔化，待合金完全熔 化后形成熔体，将熔体升温至700°C时，将锌锭、Mg-La、Mg-Nd、Mg-Ca、Mg-Y、Al-Mn中间合 金直接加入熔体中，待加入熔体的合金熔化后，机械搅拌5min，搅拌速度为60r/min，搅拌 均匀，再将搅匀后的熔体升温至73