专利名称：加Sc强化ZK60镁合金的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种加Sc强化ZK60镁合金的方法，属于金属材料类及冶金领域。
背景技术：
镁及镁合金在工程应用金属结构材料中是最轻质的材料，它具有密度小、比强度 高、比刚度高、铸造性能好、减震性好、抗磁性好、易于切削加工和尺寸稳定性高等优点，在 航空、交通和电子等领域有很好的应用前景。在变形镁合金中，ZK60镁合金作为Mg-Zn-&系变形镁合金的典型代表，具有良好 的强度、塑性及耐蚀性的配合，其比强度己经超过了部分高强度铝合金，但其强度和塑性在 应用场合仍然不能满足要求。目前，主要是通过向其加入如Nd、Y、Ce、Er等稀土元素来改 善ZK60镁合金的强度及塑性。如王斌等研究了稀土 Y和Ce对ZK60镁合金组织和力学性 能的影响，研究指出稀土 Y使ZK60合金的室温抗拉强度提高了 12. 6%，Ce则提高了 ZK60合 金的伸长率。尽管目前国内外在稀土元素对ZK60镁合金组织及性能的影响方面做了一定 的研究，但因其综合力学性能暂不能满足应用领域的较高要求而不能推广应用。所以，有必 要通过添加其他合金元素等方法来改善ZK60镁合金的力学性能。稀土 Sc的密度比其他稀 土元素低，能体现镁合金的低密度特性，且Sc在镁中的最大固溶度为25. 9%(wt)，具有很强 的固溶强化和时效强化能力。截止目前，稀土 Sc对ZK60镁合金组织和力学性能影响的研 究还未见相关文献报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有ZK60镁合金因强度和塑性不高而应用受到限制这一 不足，提出通过添加稀土 Sc元素来改善其力学性能，从而加快ZK60镁合金的工业化应用。为了实现上述目的，本发明提出一种加Sc强化ZK60镁合金的方法，包括熔炼制 锭一均勻化一热挤压一热处理等步骤。本发明涉及的含Sc的ZK60镁合金，按重量百分比包括以下成份Zn 5. 8 6. 0%, Zr 0. 6 0. 8%, Sc 0. 1 0. 9%，余量为Mg和不可避免的杂质。进一步，按重量百分比包括以下成份Zn 5.8%, Zr 0.7%, Sc 0.6%，余量为Mg 和不可避免的杂质。本发明提出的加Sc强化ZK60镁合金的方法，包括以下步骤
a)熔炼制锭在溶剂保护下，将一定重量的高纯Mg锭放入坩埚中待熔化后升温至 74(T760°C，按相应成分配比加入纯Zn、Mg_3%Sc，Mg-30%Zr中间合金；加入方法将纯Zn、 Mg-3%Sc, Mg-30%Zr中间合金在15(T20(TC下预热20 30分钟，用瓢迅速将其压入熔融液 面以下待熔化后搅拌，加入精炼剂精炼5 10分钟后，搅拌合金熔体并在72(T740°C静置 15^20分钟，静置完毕后，打捞熔体表面浮渣，在25(T300°C的铁模内进行浇铸，浇铸温度在 700 720°C。b)均勻化将步骤a)制得的铸锭在38(T390°C温度条件下进行均勻化处理，保温时间为16小时；
c)热挤压挤压前将均勻化处理后的铸锭在400°C预热2小时，挤压温度为400°C，挤 压速度为0. 93 1. 32m/min，挤压比为25:1 ；
d)热处理对热挤压后所得的棒材进行T6热处理，固溶温度为450°C，用石墨粉覆盖保 护，保温3小时后水冷，在180°C温度下时效24小时空冷至室温。本发明采用Sc强化ZK60镁合金的机理在于Sc在镁合金中的最大固溶度为 25. 9%(wt)，具有很强的固溶强化和时效强化能力。此外，由于Sc原子半径与镁相差不大， 有利于增强与镁合金原子间的结合力，减少原子扩散速度。Sc加入到ZK60合金中，有效地 细化了合金的晶粒，晶间网状析出相变得细小、且分布均勻，并在晶界处形成细小弥散的颗 粒状析出相，从而使得合金屈服强度和抗拉强度提高。发明的有益效果本发明提出的加Sc强化ZK60镁合金的方法，通过熔炼制锭一均 勻化处理一热挤压一热处理步骤制备出含Sc的ZK60镁合金，经热挤压后，合金的抗拉强度 可达350MPa，屈服强度可达290MPa，与普通ZK60合金相比，抗拉强度和屈服强度分别提高 了 23MPa和55MPa ；挤压棒材经T6态热处理后，合金的抗拉强度可达364MPa，屈服强度可达 352MPa，与普通ZK60合金相比，抗拉强度和屈服强度分别提高了 39MPa和67MPa，显著的提 高了材料的抗拉强度和屈服强度，充分挖掘了镁合金材料的使用潜力。
图Ia为本发明不同Sc含量挤压态(a) ZK60-xSc镁合金的室温拉伸曲线。图Ib为本发明不同Sc含量T6态(b)ZK60_xSc镁合金的室温拉伸曲线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。实施例1
本实施例的含Sc的ZK60镁合金按重量百分比包括以下成份Zn5.9%, Zr
0.5%，Sc 0.1%，余量为 Mg。实施例2:
本实施例的含Sc的ZK60镁合金，按重量百分比包括以下成份Zn6.0%, Zr
0.6%，Sc 0.2%，余量为 Mg。实施例3:
本实施例的含Sc的ZK60镁合金，按重量百分比包括以下成份Zn 6.0%,Zr 0.8%, Sc 0.4%，余量为 Mg。实施例4:
本实施例的含Sc的ZK60镁合金，按重量百分比包括以下成份Zn 5. 8%，Zr 0.7%, Sc 0.6%，余量为 Mg。实施例5:
本实施例的含Sc的ZK60镁合金，按重量百分比包 括以下成份Zn 6. 0%，Zr 0.8%, Sc 0.9%，余量为 Mg。实施例6:制备权利所述的含Sc的ZK60镁合金的方法，包括以下步骤
a)熔炼制锭在溶剂保护下，将一定重量的高纯Mg锭放入坩埚中待熔化后升温至 750 0C (或740°C、760°C )，按实施例1-5之任意一例的成分配比加入纯Zn、Mg_3%Sc， Mg-30%Zr中间合金；加入方法将纯Zn、Mg-3%Sc，Mg-30%Zr中间合金在180°C (或150°C、 200°C)下预热20分钟，用瓢迅速将其压入熔融液面以下待熔化后搅拌，加入精炼剂精炼5 分钟后，搅拌合金熔体并在720 °C (或740°C)静置15分钟，静置完毕后，打捞熔体表面浮 渣，在25(T30(TC的铁模内进行浇铸，浇铸温度在720°C (或700°C)。b)均勻化将步骤a)制得的铸锭在390°C (或380°C )温度条件下进行均勻化处 理，保温时间为16小时；
c)热挤压挤压前将均勻化处理后的铸锭在400°C预热2小时，挤压温度为400°C，挤 压速度为0. 93 1. 32m/min，挤压比为25:1 ；
d)热处理对热挤压后所得的棒材进行T6热处理，固溶温度为450°C，用石墨粉覆盖保 护，保温3小时后水冷，在180°C温度下时效24小时空冷至室温。图1为本发明不同状态的ZK60-xSc合金的室温拉伸曲线，结果表明，ZK60镁合金 中加入Sc元素后，合金的屈服强度、抗拉强度分别提高，但延伸率有所降低。挤压态时，随 Sc加入量的增加，合金的抗拉强度、屈服强度均升高，但延伸率有所下降(图la)。挤压经 T6处理后(图lb)，随Sc加入量的增加，合金的抗拉强度、屈服强度升高，其中屈服强度增 幅较大，最大增幅为67MPa，但延伸率随Sc加入量的增加有所下降。表1合金的力学性能 ___
权利要求
一种加Sc强化ZK60镁合金的方法，所述方法通过在ZK60镁合金中加入稀土元素Sc来实现，合金按重量百分比包括以下成份Zn 5.8～6.0％，Zr 0.6～0.8％，Sc 0.1～0.9％，余量为Mg。
2.根据权利要求1所述的加Sc强化ZK60镁合金的方法，其特征在于合金按重量百 分比包括以下成份Zn 5. 8%, Zr 0.7%，Sc 0.6%，余量为Mg。
3.根据权利要求1所述的加Sc强化ZK60镁合金的方法，包括以下步骤a)熔炼制锭在溶剂保护下，将Mg锭放入坩埚中待熔化后升温至74(T76(TC，按权利要 求1的成分配比关系加入纯Zn、Mg-3%Sc，Mg-30%Zr中间合金；加入方法将纯Zn、Mg_3%Sc， Mg-30%Zr中间合金在15(T20(TC下预热20 30分钟，用瓢迅速将其压入熔融液面以下待熔 化后搅拌，加入精炼剂精炼5 10分钟后，搅拌合金熔体并在72(T74(TC静置15 20分钟，静 置完毕后，打捞熔体表面浮渣，在25(T300°C的铁模内进行浇铸，浇铸温度在70(T72(TC ；b)均勻化将步骤a)制得的铸锭在38(T39(TC温度条件下进行均勻化处理，保温时间 为16小时；c)热挤压挤压前将均勻化处理后的铸锭在400°C预热2小时，挤压温度为400°C，挤 压速度为0. 93 1. 32m/min，挤压比为25:1 ；d)热处理对热挤压后所得的棒材进行T6热处理，固溶温度为450°C，用石墨粉覆盖保 护，保温3小时后水冷，在180°C温度下时效24小时空冷至室温。
全文摘要
本发明公开了一种加Sc强化ZK60镁合金的方法，通过在ZK60镁合金中加入稀土元素Sc来实现，具体方法包括熔炼制锭－均匀化－热挤压－热处理等步骤。由于Sc的加入，有效地细化了ZK60镁合金的晶粒，晶间网状析出相变得细小、且分布均匀，并在晶界处形成细小弥散的颗粒状析出相，经均匀化、挤压和热处理后，合金的抗拉强度可达364MPa，屈服强度可达352MPa，屈强比接近于1，与普通ZK60合金相比，抗拉强度和屈服强度分别提高了39MPa和67MPa，显著的提高了ZK60镁合金的抗拉强度和屈服强度，拓宽了ZK60镁合金的工业化应用范围。
文档编号C22C1/03GK101956111SQ20101051322
公开日2011年1月26日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者刘婷婷, 吴璐, 张喜燕, 杨明波, 潘复生, 王维青 申请人:重庆大学