专利名称：一种变形镁合金及其熔铸方法和变形加工方法
技术领域：
本发明涉及一种变形镁合金及其熔铸方法和变形加工方法，具体是一种添加稀土元素Dy的变形镁合金及其熔铸方法和变形加工方法。
背景技术：
镁合金具有低密度、高比强度和比刚度等优点，在汽车、通讯电子和航空航天等领域得到日益广泛的应用，成为目前重要的轻质高强环保结构材料之一。变形镁合金呈现更好的延展性和综合性能。高强ZK60变形镁合金是目前应用较广泛的商用镁合金之一，其比强度已超高强7075铝合金，但其综合性能仍不能满足所有应用要求，力学性能仍有待于提高，特别是由于组织中MgZn2相熔点仅为347°C，导致其高温拉伸力学性能较差，工作温度一般不超过150°C。稀土元素RE具有独特的核外电子排布和化学特性，可增强原子间结合力、减小原子扩散速度、形成高热稳定性的化合物，同时能减少铸锭显微疏松、降低合金热裂倾向、提高合金耐蚀性及降低合金液氧化烧损并减少氧化夹杂缺陷等。因此在镁合金中添加RE是提高其热强性的有效途径。CN200410081258. 5名称为“一种含稀土钇的高塑性镁合金”的发明专利公开了通过在ZK60合金中添加稀土 Y阻碍热挤压过程中再结晶晶粒的长大，进一步细化晶粒，从而在保持合金高强度条件下提高其塑性。该发明的Mg- (5. 0 8. 5) Zn- (0. 7 2. 0) Y- (0. 6 0. 8) Zr合金挤压态平均晶粒尺寸为5 8④m，室温抗拉强度为322 337MPa，延伸率为18 21. 5%。CN200710011501. X名称为“有效利用稀土元素Y强化Mg-Zn-Y-Zr系镁合金及制备方法的发明专利公开了通过选取合理的Zn/Y比(6 15),将引入到Mg-Zn-Y-Zr合金基体中准晶相的体积百分含量达到最大，从而使合金获得较高的强度且保留着较好的塑性。该发明的Mg-(5 30) Zn (0. 5 5) Y-(0. 3 0. 8) Zr合金的室温抗拉强度为290 360MPa，延伸率为10 18%。上述两专利均通过添加Y来获得良好的强度和塑性，但合金室温拉伸力学性能仍有待提闻，特别是在保持良好塑性基础上进一步提闻强度。两者的闻Zn含量将导致热裂倾向变严重，且未涉及到高温拉伸力学性能，而良好的高温拉伸力学性能将有助于拓宽镁合金的应用领域。
发明内容
本发明的目的是克服现有Mg-Zn-Zr系合金存在的强度和塑性不足，提出一种提高强度和塑性的变形镁合金。本发明的另一个目的是提供一种所述变形镁合金的熔铸方法。本发明的再一个目的是提供一种所述变形镁合金的变形加工方法。本发明所述变形镁合金的组分及其重量百分比为Zn5. 0 6. 0%、Zr0. 3 0. 9%和DyO. 3 4. 3%，其余为Mg。、
本发明所述最佳的变形镁合金的组分及其重量百分比为Zn5.0%、ZrO. 3%和Dy4. 3%，其余为 Mg。本发明所述变形镁合金的熔铸方法在N2和0. 2vol% SF6混合气体保护下，待工业纯Mg熔化后升温至730°C，每隔5min依次将工业纯Zn和Mg_Zr、Mg-Dy中间合金加入熔体中；在Ih内搅拌熔体两次；然后加入JDMJ型精炼剂搅拌后升温至750 760°C，静置30min;最后待熔体温度冷却至715°C，除渣后倒入强制冷却的圆柱形成型模具中，快速凝固成铸坯。本发明所述变形镁合金的变形加工方法上述铸坯在400°C均匀化处理8h，采用正挤压方式，挤压比为40，挤压温度为320 340°C，挤压速度为I. 5 2. 5m/min。本发明所述的Mg-Zn-Zr-Dy变形镁合金挤压态平均晶粒尺寸为I 4④m ;室温抗拉强度高达370 395MPa，延伸率为12 16. 5%，200°C时的抗拉强度为146 171MPa。Dy属于重稀土元素,加入Mg-Zn-Zr合金中生成高熔点Mg-Zn-Zr-Dy四元系合金相，促进变形加工过程中动态再结晶的发生和抑制再结晶晶粒的长大，提高其室温和高温拉伸力学性能，拓宽Mg-Zn-Zr系变形镁合金在汽车、通讯电子和航空航天等领域的应用。本发明以5. 0 6. 0% Zn作为基本成分，同时加入0. 3 0. 9% Zr起细化晶粒的作用，加入0. 3 4. 3% Dy形成高热稳定性的强化相Mg-Zn-Dy,而低熔点MgZn2相逐渐减少直至完全消失。合理的熔铸方法可有效地保证稀土元素的溶解和减少其烧损。通过合理的变形加工方法，如低温和大挤压比等，经强应变挤压晶粒和第二相颗粒被有效地破碎、细化，第二相促进热挤压过程中动态再结晶的发生和抑制再结晶晶粒的长大，形成微米级(I 4④m)的超细晶，同时细小的第二相起到弥散强化合金基体和钉扎晶界的作用，有效阻碍高温晶界滑移。因此本发明的Mg-Zn-Zr-Dy合金呈现更细小的挤压态组织、更良好的室温与高温拉伸力学性能。
图I是实施例3合金的挤压态光学显微组织照片；图2是实施例3合金的挤压态扫描显微组织照片；图3是实施例3合金的铸态XRD谱。图4是实施例3合金的铸态等时加热DSC曲线。峰值温度分别为458°C和555°C的两个吸热峰对应Mg-Zn-Dy相的熔化，峰值温度为637°C的吸热峰对应CS-Mg基体的熔化。
具体实施例方式结合本发明技术方案的内容提供以下三个实施例，但本发明的保护范围不限于下述三个实施例。实施例I
合金成分的重量百分比为Zn5. 5%、ZrO. 6%和DyO. 3%，其余为Mg。按上述成分配制合金，其熔铸方法为在N2和0. 2vol % SF6混合气体保护下，待工业纯Mg熔化后升温至730°C，每隔5min依次将工业纯Zn和Mg-Zr、Mg_Dy中间合金加入熔体中；在Ih内搅拌熔体两次；然后加入JDMJ型精炼剂搅拌后升温至750 760°C，静置30min ;最后待熔体温度冷却至715°C，除渣后倒入强制冷却的圆柱形成型模具中，快速凝固成铸坯。其变形加工方法为上述铸坯在400°C均匀化处理8h，采用正挤压方式，挤压比为40，挤压温度为320°C，挤压速度为I. 5m/min。实施例I的挤压态平均晶粒尺寸已降至4④m ;室温抗拉强度提高至370MPa，延伸率为16. 5% ;150°C和200°C时的抗拉强度分别提高至215和146MPa。实施例2合金成分的重量百分比为2116.0%、21'0.9%和072. 1%，其余为Mg。按上述成分配制合金，其熔铸方法为在N2和0. 2vol. % SF6混合气体保护下，待工业纯Mg熔化后升温至730°C，每隔5min依次将工业纯Zn和Mg-Zr、Mg_Dy中间合金加入熔体中；在Ih内搅拌熔体两次；然后加入JDMJ型精炼剂搅拌后升温至750 760°C，静置30min;最后待熔体温度冷却至715°C，除渣后倒入强制冷却的圆柱形成型模具中，快速凝 固成铸坯。其变形加工方法为铸坯在400°C均匀化处理8h，采用正挤压方式，挤压比为40，挤压温度为330°C，挤压速度为2. Om/min。实施例2的挤压态平均晶粒尺寸为2. 5④m ;室温抗拉强度更高达380MPa，延伸率为14% ;150°C和200°C的抗拉强度分别为220和157MPa。实施例3合金成分的重量百分比为Zn5. 0%、Zr0. 3%和Dy4. 3%，其余为Mg。按上述成分配制合金，其熔铸方法为在N2和0. 2vol. % SF6混合气体保护下，待工业纯Mg熔化后升温至730°C，每隔5min依次将工业纯Zn和Mg-Zr、Mg_Dy中间合金加入熔体中；在Ih内搅拌熔体两次；然后加入JDMJ型精炼剂搅拌后升温至750 760°C，静置30min;最后待熔体温度冷却至715°C，除渣后倒入强制冷却的圆柱形成型模具中，快速凝固成铸坯。其变形加工方法为铸坯在400°C均匀化处理8h，采用正挤压方式，挤压比为40，挤压温度为340°C，挤压速度为2. 5m/min。实施例3的挤压态合金的平均晶粒尺寸仅为I④m ;室温抗拉强度更高达395MPa，延伸率为12% ;150°C和200°C的抗拉强度分别为225和171MPa。本发明的实施例和对比例的挤压态平均晶粒尺寸和拉伸力学性能列于表I中。表I实施例和对比例的挤压态平均晶粒尺寸和拉伸力学性能
平均晶粒抗拉强度(MP^
尺寸^伸率(％) __(④ m) 25 0C 150。。200 0C
实施例 i4^^
^_____16.5 43 75实施例22.5^ W 一实施例3 —I — f f
雜例f5 8__
—对比例I* 对比例 I ZL200410081258. 5 ;对比例 2 ZL200710011501. X
权利要求
1.一种变形镁合金，其特征是组分及其重量百分比为Zn5. O 6. 0%,Zr0. 3 0. 9%和DyO. 3 4. 3%，其余为Mg。
2.根据权利要求I所述的变形镁合金，其特征是组分及其重量百分比为Zn5.0%、ZrO. 3%和 Dy4. 3%，其余为 Mg。
3.权利要求I所述的变形镁合金的熔铸方法，其特征是在N2和0.2vol % SF6混合气体保护下，待工业纯Mg熔化后升温至730°C，每隔5min依次将工业纯Zn和Mg_Zr、Mg-Dy中间合金加入熔体中；在Ih内搅拌熔体两次；然后加入JDMJ型精炼剂搅拌后升温至750 760°C，静置30min ;最后待熔体温度冷却至715°C，除渣后倒入强制冷却的圆柱形成型模具中，快速凝固成铸坯。
4.权利要求I所述的变形镁合金的变形加工方法其特征是上述铸坯在400°C均匀化处理8h，采用正挤压方式，挤压比为40，挤压温度为320 340°C，挤压速度为I. 5 2. 5m/min0
全文摘要
一种变形镁合金及其熔铸方法和变形加工方法。所述变形镁合金的组分及其重量百分比为Zn5.0～6.0％、Zr0.3～0.9％和Dy0.3～4.3％，其余为Mg。镁合金的熔铸方法是在气体保护下，待Mg熔化后升温至730℃，依次将Zn和Mg-Zr、Mg-Dy中间合金加入熔体中；然后加入精炼剂搅拌后升温至750～760℃，静置30min；待熔体温度冷却至715℃，除渣后，快速凝固成铸坯。镁合金的变形加工方法是铸坯在400℃均匀化处理，采用正挤压方式，挤压比为40，挤压温度为320～340℃，挤压速度为1.5～2.5m/min。克服了现有Mg-Zn-Zr系合金存在的强度和塑性不足，本发明的Mg-Zn-Zr-Dy合金呈现更细小的挤压态组织、更良好的室温与高温拉伸力学性能。
文档编号C22C23/04GK102719718SQ20121022200
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者周楠, 徐静, 戚文军, 蔡畅, 郑开宏, 黄正华 申请人:广州有色金属研究院