专利名称：一种具有温挤压特性的镁合金及其挤压材的制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种具有温挤压特性的镁合金及其挤压材的制备方法。
背景技术：
镁合金具有密度小、比强高以及减振性、电磁屏蔽性和机械加工性能优良等优点， 是结构轻量化的理想材料，近年来镁合金的研究与应用得到高度重视。众所周知，镁是密排六方晶格结构，室温塑性变形时只能产生基面滑移，且只有两个独立的滑移系，因此室温塑性低，一般不宜冷加工，工业上多采用热加工的方式，在250°C及以上温度生产镁合金变形材，这不仅导致了镁合金变形加工工艺与设备的复杂化，而且也影响变形产品的高性能化。 因此，发展能在250°C以下进行温加工生产的，延伸率> 20%的高延伸率镁合金对拓展镁合金的应用领域具有重要意义。传统上，提高镁合金塑性变形能力的研究多集中在变形温度、变形量和变形速率、 应力状态等变形工艺与条件的优化上，但收效甚微。通过合金化实现提高镁合金的塑性是另一途径，其中Mg-Li合金是典型代表，但镁一锂合金的强度低、耐蚀性极差，同时因大量添加锂(>5. 3wt. %)而造成该合金昂贵，除了少量军事用途外，未能得到广泛应用。近年，通过新型合金的开发以及新合金与新工艺方法的结合来实现镁合金塑性提高的技术方案日益得到重视。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有温挤压特性的镁合金及其挤压材的制备方法，目的是制备能实现在16(T240°C下温挤压的镁合金，其挤压材具有2(Γ35%的高延伸率。本发明的镁合金为Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金，按质量百分比，含有3. 0% 6. 0%的 Zn, 1. 5% 5. 0% 的 Cu 或 Ni，(Tl. 0% 的 Y、Nd、Gd、Ce 或 MM, Mg 为余量。其中匪是富Ce混合稀土，其中按质量百分比，Ce含量至少为50%，余量为La，Nd 和ft·。制备本发明的具有温挤压特性的高延伸率镁合金的挤压材按照以下步骤进行
(1)采用电阻熔炼炉或者燃气熔炼炉，在二号熔剂或五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至730° C 740° C熔化，按镁合金的质量百分比，加入3.0% 6.0%的Si，1. 5% 5. 0% 的Cu或Ni，(Tl. 0%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，所获得的Mg-Si-(Cu或Ni)系镁合金熔体采用六氯乙烷和熔剂进行净化，熔体经搅拌后降温至660° (Γ680。C进行铸造；
(2)在SF6+0)2混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造，电磁频率为30Hz，安匝数为6000AT，铸造规格为横截面直径10(T300mm的镁合金铸造锭坯，将得到的锭坯在 410士 10下退火10小时，然后定尺、扒皮，备用；
(3)采用反向挤压装置在16(T240°C的条件下对定尺和扒皮后的Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金铸造锭坯进行反向温挤压，挤压比为纩20，挤压速度为4. 5 8m/min，得到Mg-ai-(Cu 或Ni)系镁合金挤压棒材；
(4)对挤压后得到Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金挤压棒材，进行T4或T6热处理，即于 400° C固溶2小时或者于400° C固溶2小时后再于200° C时效15 30小时。所述的SF6+C&混合气体中SF6和ω2体积比为1 10。所述的反向挤压装置包括中空的挤压杆、挤压模具、挤压筒、挤压垫片和挤压底座，在挤压底座上装配有挤压筒，挤压筒内底部是挤压垫片，挤压垫片上方是挤压模具，挤压模具上方是中空的挤压杆，其中挤压模具为中空的圆柱体，圆柱体内部从下到上依次是模角段、预工作带、定径工作带和出口段，模角为3(Γ45°，出口段的直径大于工作带的直径，预工作带直径大于定径工作带直径，两工作带长度之比为0. 5^0. 8，定径工作带长度为 4 8mmο所述的反向挤压装置在挤压过程中，在挤压模具内壁、坯料表面和挤压筒内壁涂抹二硫化钼锂基润滑脂。与现有技术相比，本发明的有益效果是
(1)本发明的Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金具有能在16(T240°C进行反向温挤压变形特点，且挤压材具有高塑性指标。(2)本发明反向挤压装置采用了模角3(Γ45°的小模角设计，同时采用双工作带设计，缓解了镁合金瞬间挤压力峰值高的问题，并保证了挤压材的高表面质量。(3)本发明的Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金在160° (Γ240。C反向温挤压棒材经 Τ4或Τ6热处理后，其延伸率为20% 35%。
图1为本发明镁合金反向挤压装置示意其中1 挤压杆；2 挤压筒；3 挤压模具；4 挤压垫片；5 挤压底座； 图2为本发明镁合金反向挤压装置中挤压模具3的结构示意图； 其中3-1 模角段；3-2 预工作带；3-3 定径工作带；3-4 出口段； 图3为本发明镁合金挤压棒材的拉伸试样尺寸图； 图4为本发明实施例1镁合金的典型铸造组织； 图5为本发明实施例2镁合金的典型铸造组织； 图6为本发明实施例4镁合金的典型铸造组织； 图7为本发明实施例5镁合金的典型铸造组织。
具体实施例方式本发明的反向挤压装置如图1所示，包括中空的挤压杆1、挤压筒2、挤压模具3、挤压垫片4和挤压底座5，在挤压底座5上装配有挤压筒2，挤压筒2内底部是挤压垫片4，挤压垫片4上方是挤压模具3，挤压模具3上方是中空的挤压杆1 ；
挤压模具3的结构如图2所示，挤压模具3是一个中空的圆柱体，其内部从下到上依次是模角段3-1、预工作带3-2、定径工作带3-3和出口段3-4，模角段的模角为30、5°，出口段3-4的直径大于工作带3-2的直径，预工作带直径3-2大于定径工作带直径3-3，预工作带3-2与定径工作带3-3的长度之比为0. 5^0. 8，定径工作带3_3的长度为圹8mm。本实施例中的Mg、ai和Cu采用一级镁锭、一级锌锭和一级电解铜加入，Y、Nd或Gd 采用中间合金加入，Ce或MM采用纯金属，熔剂为市场购买。实施例1
采用电阻熔炼炉，在二号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至730° C熔化，按镁合金的质量百分比，加入4%的Si和3%的Cu，所得镁合金熔体用六氯乙烷和五号熔剂进行净化处理，熔体经搅拌后降温至666° C，在体积比为1:10的SFf^P CO2组成的混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造制备镁合金锭坯，施加电磁条件为电磁频率30Hz，安匝数6000AT，铸造速度为103mm/min，水量为65L/min，得到规格为直径165mm，高1800mm，化学分析组成为Mg-4. 26Zn-3. 06Cu的镁合金锭坯，附图4为其典型铸造组织；于410士 10退火 10小时，退火结束后扒皮取直径46mm，高120mm规格样品在160° (Γ240。C的温度下进行反向温挤压。采用如附图1和附图2所示的反向挤压装置，镁合金样品、模具、挤压筒和挤压垫片均加热至160° (Γ240。C，保温2小时，在300吨油压机上，以5. Om/min的挤压速度挤压镁合金样品，得到直径12mm的镁合金棒材，其挤压比为17. 4，在挤压前，在挤压模具内壁、 坯料表面和挤压筒内壁涂抹二硫化钼锂基润滑脂。对得到的Mg-4. 26Zn-3. 06Cu镁合金棒材于400° C固溶2小时后再于200° C时效15小时。将挤压棒材取样加工成如附图3所示的拉伸试样，在InstrOn8032拉伸机上进行室温拉伸，拉伸速度为2mm/min。其热处理态室温拉伸力学性能如表1所示，为Rm=265MPa，屈服强度RpQ.2=15(Tl70MPa，延伸率Α=2(Γ23%。表1实例1的镁合金挤压棒材室温拉伸力学性能
权利要求
1.一种具有温挤压特性的镁合金，其特征在于是Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金，按质量百分比,含有 3. 0% 6. 0% 的 Zn, 1. 5% 5. 0% 的 Cu 或 Ni，(Tl. 0% 的 Y、Nd、Gd、Ce 或 MM，Mg 为余量。
2.采用如权利要求1所述的一种具有温挤压特性的镁合金，制备挤压材的方法按照以下步骤进行(1)采用电阻熔炼炉或者燃气熔炼炉，在二号熔剂或五号熔剂的保护下，将金属镁熔化并加热至730° C 740° C熔化，按镁合金的质量百分比，加入3.0% 6.0%的Si，1. 5% 5. 0% 的Cu或Ni，(Tl. 0%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，所获得的Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金熔体采用六氯乙烷和熔剂进行净化，熔体经搅拌后降温至660° (Γ680。C进行铸造；(2)在SF6+0)2混合气体保护下，采用低频电磁油滑半连续铸造，电磁频率为30Hz，安匝数为6000AT，铸造规格为横截面直径10(T300mm的镁合金铸造锭坯，将得到的锭坯在 410士 10° C下退火10小时，然后定尺、扒皮，备用；(3)采用反向挤压装置在16(T240°C的条件下对定尺和扒皮后的Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金铸造锭坯进行反向温挤压，挤压比为纩20，挤压速度为4. 5 8m/min，得到Mg-ai-(Cu 或Ni)系镁合金挤压棒材；(4)对挤压后得到Mg-ai-(Cu或Ni)系镁合金挤压棒材进行T4或T6热处理，即于 400° C固溶2小时或者于400° C固溶2小时后再于200° C时效15 30小时。
3.根据权利要求2所述的一种制备具有温挤压特性的镁合金的方法，其特征在于所述的SF6+C02混合气体中SF6和CO2体积比为1:10ο
4.根据权利要求2所述的一种制备具有温挤压特性的镁合金的方法，其特征在于所述的反向挤压装置包括中空的挤压杆、挤压模具、挤压筒、挤压垫片和挤压底座，在挤压底座上装配有挤压筒，挤压筒内底部装配有挤压垫片，挤压垫片上方装配有挤压模具，挤压模具上方装配有中空的挤压杆。
5.根据权利要求4所述的一种反向挤压装置，其特征在于所述的挤压模具为中空的圆柱体，圆柱体内部从下到上依次是模角段、预工作带、定径工作带和出口段，模角为 3(Γ45°，出口段的直径大于工作带的直径，预工作带直径大于定径工作带直径，预工作带与定径工作带的长度之比为0. 5^0. 8，定径工作带长度为圹8mm。
6.根据权利要求4所述的一种反向挤压装置，其特征在于所述的反向挤压装置在进行挤压前，在挤压模具内壁、铸造坯锭表面和挤压筒内壁涂抹二硫化钼锂基润滑脂。
7.根据权利要求2所述的一种制备具有温挤压特性的镁合金的方法，其特征在于所述的Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金挤压棒材经T4或T6热处理后，其延伸率为20% 35%。
全文摘要
本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种具有温挤压特性的镁合金及其挤压材的制备方法。本发明的镁合金为Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金，按质量百分比，含有3.0%~6.0%的Zn，1.5%~5.0%的Cu或Ni，0~1.0%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，Mg为余量。采用低频电磁油滑半连续铸造本发明镁合金锭坯，然后采用反向挤压装置对Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金铸造锭坯在160°C~240°C的条件下进行温挤压，挤压比为8~20，挤压速度为4.5~8m/min；得到Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金挤压棒材。本发明的Mg-Zn-(Cu或Ni)系镁合金温挤压棒材T4或T6热处理后，其延伸率为20%~35%。
文档编号C22C23/04GK102433479SQ201110445910
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者乐启炽, 崔建忠, 张志强 申请人:东北大学