专利名称：高强度变形镁合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轻金属材料，尤其涉及一种高强度变形镁合金。
二
背景技术：
镁合金的密度(比重)小，比刚度和比强度高，是工业材料中最轻的金属结构材料。近年来由于汽车和电子工业上采用了镁合金结构件，使镁合金的应用得到推广。然而与铝合金相比，镁合金的应用范围还很有限，其原因之一是目前使用的镁合金在强度和塑性上与铝合金相比有一定的差距，因而还无法满足许多工业产品和设备的要求。由于镁属六方结构，不能像其它一些金属材料那样采用固溶强化的途径有效的提高其强度，因此本项发明采用了一种硅与钙复合低合金化的配方，形成了一种新型的高强度变形镁合金。
三
发明内容
技术问题 本发明提出一种强度高、塑性好、成本低、适合于大规模批量生产的高强度变形镁合金。
技术方案 一种高强度变形镁合金，包括铝、锌、锰、钙、硅和镁，其配比(重量百分比)为铝1.5％～3.5％，锌0.2％～4％，锰0.1％～0.6％，钙0.01％～2.0％，硅0.05％～2.0％，其余为镁。
技术效果1)铝是合金中主要强化元素，它通过固溶强化和与镁形成β相(Mg17Al12)的沉淀强化，提高合金的室温强度。此外，铝的加入还提高了合金的铸造工艺性能。
2)锌也是合金中的强化元素。虽然它的强化效果不如铝，但是它的加入能改善合金的塑性。
3)钙和硅的复合加入可以是合金中形成以钙为核心的细小的Mg2Si颗粒，从而对合金产生有效的弥散强化作用。
4)锰的作用主要是提高合金的耐腐蚀性能。锰在合金熔炼过程中还能与合金中的杂质元素(如铁)形成化合物，沉淀到坩锅底部，从而消除铁杂质对合金耐腐蚀性能的有害作用。本发明将上述元素按一定比例组合后，形成了高强度镁合金。如下，室温(20℃)表1、表2、表3、表4是本发明实施例2(1号合金)和实施例3(2号合金)的力学性能。
表1是本发明的二个具体方案的挤压态(棒材)的室温力学性能。
表2是本发明的二个具体方案的挤压棒材退火(200℃)态的室温力学性能。
表3是本发明的二个具体方案的板材轧态的室温力学性能。
表4是本发明的二个具体方案的板材退火态(200℃)的室温力学性能。
5)表1-表4显示了本发明实施例2和3的合金有很高的强度和良好的塑性，这是成分配方中的元素加入的比例搭配合理，尤其是铝和锌的加入量。当铝量较高时锌量不宜过高，而锌量高时铝量不宜过高。两者之和最好控制在4-6％，此时合金具有良好的加工性能，形变加工时不易形成裂纹，成材后的合金能具有强度和塑性的合理匹配。如果再进一步提高铝或锌的加入量，会导致加工性能的下降，也会使合金的塑性降低。
6)如果本发明的合金取更窄的成分范围，效果会更好。这个成分范围是铝3.0-3.5％，锌2.0-3.0％，锰0.1-0.6％，钙0.1-0.3％，硅0.1-0.3％，其余为镁。其中铝含量取在权利要求1中较高的范围是为了获得高强度锌含量不取权利要求1的上限可避免合金塑性太低；硅和钙分别控制在0.1-0.3％基本上可以达到细化晶粒的效果。继续增加硅和钙的加入量合金铸锭中的晶粒虽然能在一定程度上进一步细化，但效果不是非常显著。
四
图1是本发明实施例2合金板材退火态的金相组织。
五具体实施方案本发明的优选方案是一种高强度变形镁合金，包括铝、锌、锰、钙、硅和镁，其配比(重量百分比)为铝3.0％～3.5％，例如可以为3.0％，3.4％，3.5％，锌2.0％～3.0％，例如可以为2.5％，2.8％，锰0.15％～0.60％，例如可以为0.15％，0.30，0.60％，钙0.1％～0.3％，例如可以为0.2％，硅0.1％～0.3％，例如可以为0.1％，0.2％，其余为镁。
实施例1一种高强度变形镁合金，包括铝、锌、锰、钙、硅和镁，其配比(重量百分比)为铝1.5％-3.9％，锌0.2％-4％，锰0.1％-0.6％，钙0.01％-2.0％、硅0.05％-2.0％，其余为镁。
实施例2一种高强度变形镁合金，包括铝、锌、锰、钙、硅和镁，其配比(重量百分比)为铝1.5％，锌4.0％，锰0.12％，钙0.05％，硅0.10％，其余为镁。
实施例3一种高强度变形镁合金，包括铝、锌、锰、钙、硅和镁，其配比(重量百分比)为铝3.2％，锌2.0％，锰0.30％，钙0.15％，硅0.30％，其余为镁。
实施例4一种高强度变形镁合金，包括铝、锌、锰、钙、硅和镁，其配比(重量百分比)为铝3.0％，锌0.8％，锰0.45％，钙0.45％，硅0.90％，其余为镁。
实施例5一种高强度变形镁合金，包括铝、锌、锰、钙、硅和镁，其配比(重量百分比)为铝3.5％，锌0.5％，锰0.60％，钙1.0％，硅1.5％，其余为镁。
本发明可以用以下工艺来制备上述变形镁合金1)在熔炼合金前先要制备镁钙中间合金。将纯镁锭置于坩锅中，升温加热，直至镁锭完全熔化。然后加入纯钙，并通入保护气体(可以是二氧化碳或者六氟化硫)。待钙完全熔化后，将熔液倒入金属型中，即可得中间合金。
2)熔炼合金时先将纯镁、锌、铝锰中间合金(可从市场购得)、铝硅中间合金(可从市场购得)放入坩锅，并通入保护气体。等加入的炉料完全熔化以后，加入用上述方法自制的镁钙中间合金，并继续通保护气体。中间合金熔化后，可按常规的铸造工艺获得本发明的高强度镁合金铸件或铸锭。
3)本发明的板材或管材可以用挤压的工艺方法制备。挤压前先将铸锭加热至350℃-400℃，并保温，保温时间长短视铸锭直径而定，一般控制在20-60分钟。挤压模具需预热，预热温度为250℃-300℃。本发明的板材可以直接用铸锭热轧而成，轧制前铸锭也需预热，预热的温度与上述挤压的预热温度相同。轧制时每道次的形变量控制在20％以下。在多道次轧制时，若板坯的温度低于300℃，板坯需回炉退火。退火温度与预热温度相同。
权利要求
1.一种高强度变形镁合金，其特征在于包括铝、锌、锰、钙、硅和镁，其配比(重量百分比)为铝1.5％～3.9％，锌0.2％～4％，锰0.1％～0.6％，钙0.01％～2.0％，硅0.05％～2.0％，其余为镁。
2.根据权利要求1所述的高强度变形镁合金，其特征在于包括铝、锌、锰、钙、硅和镁，其配比(重量百分比)为铝3.0％～3.5％，锌2.0％～3.0％，锰0.1％～0.6％，钙0.1％～0.3％，硅0.1％～0.3％，其余为镁。
全文摘要
本发明公开了一种高强度变形镁合金，包括铝、锌、锰、钙、硅和镁，其配比(重量百分比)为铝1.5％～3.5％，锌0.2％～4％，锰0.1％～0.6％，钙0.01％～2.0％，硅0.05％～ 2.0％，其余为镁。铝是合金中主要强化元素。锌也是合金中的强化元素，能改善合金的塑性。钙和硅的复合加入可以是合金中形成以钙为核心的细小的Mg
文档编号C22C23/00GK1584090SQ20041004483
公开日2005年2月23日 申请日期2004年5月31日 优先权日2004年5月31日
发明者孙扬善, 薛烽, 魏宇, 诸天柏, 强立峰, 王镇东 申请人:东南大学