CN101250655B

CN101250655B - 一种高屈强比和高塑性的变形镁合金

Info

Publication number: CN101250655B
Application number: CN2008100694642A
Authority: CN
Inventors: 张静; 潘复生
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: CN101250655A

Abstract

本发明提供了一种具有高屈强比和高塑性的变形镁合金，该合金各组份的重量百分比为锌1.0％～2.0％、锆0.1％～0.6％、稀土铒0.1％～0.8％，其余为镁和不可避免的杂质。铒与合金中的杂质元素、镁以及合金液中卷入的氧等结合形成细小弥散析出相，有效净化合金，并促进热变形过程中的动态再结晶、阻碍再结晶晶粒长大。锌在合金中起固溶强化作用。本发明的变形镁合金不仅具有高的屈强比，而且具有优良的塑性，在屈服强度不低于传统商用高强度变形镁合金ZK60的同时，大大提高了镁合金的塑性，充分挖掘了材料的使用潜力。

Description

一种高屈强比和高塑性的变形镁合金

技术领域

本发明涉及一种镁合金，尤其涉及一种具有高屈强比和高塑性的变形镁合金。

背景技术

镁合金的密度小，比强度和比刚度高，是目前工业应用中最轻的金属结构材料，应用在航空航天、汽车、交通运输等领域的结构件上，可以明显减轻重量、节省燃油消耗。但是，镁的绝对强度低、塑性变形能力差，制约了镁合金在结构件上的规模应用。

金属材料的屈强比即屈服强度与抗拉强度之比值。对于多数工程结构用的延性材料，当受力大于屈服强度后，由于会出现较大的塑性变形，已不能满足使用要求，因此屈服强度是实际工程应用中衡量材料是否满足使用要求强度的依据。提高屈强比，可以增加材料的使用应力，挖掘材料的潜力。

目前商用变形镁合金系主要有Mg-Al-Zn、Mg-Zn-Zr和Mg-Mn系，典型牌号分别为AZ31、ZK60和MB8。AZ31和MB8具有中等强度和较好的塑性，ZK60为高强度镁合金，但塑性相对较低。为了提高镁合金的强度，虽然已开发了若干新型合金，或对原有合金进行微合金化改性，但往往只提高了材料的抗拉强度，降低了屈强比，同时损害了材料的塑韧性。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种具有高屈强比和高塑性的变形镁合金。

本发明目的是这样实现的：高屈强比和高塑性的变形镁合金，其特征在于所述镁合金由镁、锌、锆和稀土组成，其组分的重量百分比为：锌1.0％～2.0％、锆0.1％～0.6％、稀土0.1％～0.8％，其余为镁和不可避免的杂质。所述稀土为铒。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中添加稀土元素铒，铒与合金中的杂质元素结合形成含铒化合物从基体中析出，有效净化了镁合金基体，提高了材料的塑韧性。

2、本发明中添加稀土元素铒，铒与合金中的杂质元素结合形成细小含铒析出相，均匀弥散分布于镁基体中，这些粒子在热轧、热挤压等热变形过程中能够有效促进动态再结晶、阻碍再结晶晶粒长大，从而得到细小的动态再结晶晶粒，明显提高材料的屈服强度和抗拉强度，同时又可以有效改善材料的塑韧性。

3、本发明中添加稀土元素铒，铒与合金中的杂质元素结合形成细小含铒析出相，起到析出强化作用。

4、本发明中锌起固溶强化作用，其含量控制在1.0％～2.0％为宜，锌含量过低，合金强度不足，锌含量超过2％，虽然可以进一步提高其抗拉强度，但是同时降低材料塑性，降低屈强比。

5、本发明的变形镁合金兼有高的屈强比和优良的塑性，在屈服强度不低于传统商用高强度变形镁合金ZK60的同时，使其塑性大大提高，充分挖掘了材料的使用潜力。

6、合金轧制态下室温抗拉强度285～290MPa，屈服强度达270MPa，屈强比大于0.9，延伸率高达16％以上。

附图说明

图1是本发明合金铸锭退火态组织的典型扫描电子显微镜照片；

图2是本发明热轧2.0mm轧制态板材的典型金相显微组织照片；

图3是本发明冷轧1.5mm轧制态板材的典型金相显微组织照片。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：一种高屈强比和高塑性的变形镁合金，所述镁合金中各组份的重量百分比为锌1.5％、锆0.1％、铒0.4％，其余为镁和不可避免的杂质。

实施例2：一种高屈强比和高塑性的变形镁合金，所述镁合金中各组份的重量百分比为锌1.8％、锆0.6％、铒0.7％，其余为镁和不可避免的杂质。

实施例3：一种高屈强比和高塑性的变形镁合金，所述镁合金中各组份的重量百分比为锌1.5％、锆0.4％、铒0.2％，其余为镁和不可避免的杂质。

本发明的高屈强比和高塑性的变形镁合金可以采用以下制备工艺来制取：(1)按照上述成分配制合金，原材料为工业纯镁锭、工业纯锌、Mg-31％Zr中间合金和Mg-27％Er稀土中间合金在电阻坩埚炉中加入工业纯镁，加热熔炼，并通入SF₆和CO₂混合气体保护；(2)待镁锭熔化后，加入镁锆、镁铒中间合金，最后加入锌锭，并继续通保护气体；(3)待合金元素全部溶解后，在700℃下保温10分钟，用工具搅拌合金液使成分均匀，以后每隔五分钟搅拌一次，共三次；(4)捞去表面浮渣，将熔体升温至750℃，静置30分钟，然后降温至680℃，在保护气氛下进行金属模浇注；(5)将浇注获得的铸锭在410℃均匀化处理8小时，然后进行轧制。轧制前铸锭在400℃预热15分钟，热轧道次压下量控制在10～15％左右。热轧过程中若板坯温度低于260℃，则将板坯回炉退火，退火温度与预热温度相同，加热时间5～10分钟。热终轧厚度2.0mm。随后进行5个道次的冷轧至1.5mm，最后一个道次冷轧前进行400℃×10min的中间退火。

本发明实施例1～3冷轧态1.5mm板材的室温力学性能如表1所示。为便于比较，表1中同时给出了AZ31和ZK60的力学性能数据。

表1合金的力学性能

合金	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	屈强比	延伸率(％)
合金	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	屈强比	延伸率(％)	实施例1	271	285	0.95	16.2
实施例2	272	291	0.93	17.5	实施例1	271	285	0.95	16.2
实施例2	272	291	0.93	17.5	实施例3	270	287	0.94	16.0
AZ31	195～205	255～265	0.75～0.78	12～14	实施例3	270	287	0.94	16.0

合金	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	屈强比	延伸率(％)
合金	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	屈强比	延伸率(％)	ZK60	240～250	325～335	0.72～0.75	10～12

由表1可以看出，本发明(实施例1～3)的合金具有比商用高强度变形镁合金ZK60更高的屈服强度，而且具有良好的塑性，延伸率优于AZ31合金，屈强比比ZK60和AZ31均有明显提高。这显示了本发明(实施例1～3)的合金具有很高的屈强比和良好的塑性。扫描电镜显微组织形貌显示，合金铸锭组织中有大量细小弥散第二相粒子，如图1所示。能谱分析表明这些粒子是稀土铒与合金中的杂质元素、镁以及合金液中卷入的氧等结合形成的化合物，这些化合物的析出有效净化了镁合金基体，使材料的塑韧性明显提高，同时也起到析出强化作用，从而提高材料的屈服强度，提高了屈强比。另外，这些细小含铒弥散第二相粒子在热处理、热轧和热挤压等热机械处理过程中不聚集、不粗化，能够有效促进热变形过程中的动态再结晶、阻碍再结晶晶粒长大，从而细化动态再结晶晶粒，图2和图3分别是2.0mm热终轧态和1.5mm冷轧态板材的典型金相显微组织照片，照片显示合金晶粒显著细化。晶粒细化既明显提高了材料的屈服强度和抗拉强度，同时又有效改善材料的塑韧性。本发明的变形镁合金兼有高的屈强比和优良的塑性，在屈服强度不低于传统商用高强度变形镁合金ZK60的同时，使其塑性大大提高，充分挖掘了材料的使用潜力。

Claims

1.一种高屈强比和高塑性的变形镁合金，其特征在于，所述镁合金中各组份的重量百分比为锌1.5％、锆0.1％、铒0.4％，其余为镁和不可避免的杂质。

2.一种高屈强比和高塑性的变形镁合金，其特征在于，所述镁合金中各组份的重量百分比为锌1.5％、锆0.4％、铒0.2％，其余为镁和不可避免的杂质。