CN101698917A

CN101698917A - 一种高强度高塑性镁合金

Info

Publication number: CN101698917A
Application number: CN200910191457A
Authority: CN
Inventors: 胡耀波; 潘复生; 邓娟; 彭建; 王敬丰
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2029-11-11
Also published as: CN101698917B

Abstract

本发明公开一种高强度高塑性镁合金，用于金属材料类领域。所述镁合金包含的各成分及其重量百分比为：1.3-2.5％Mn，2-6％Gd，0.1-0.6％Zr，余量为Mg及不可避免的杂质。本发明以Mn、Zr为基本成分，添加Gd，生成(MgGd)相和(MnGd)相细化晶粒，影响Zr在合金中的分布，其平均抗拉强度216MPa，屈服强度153MPa，延伸率35％，与M2系列合金相比，抗拉强度、屈服强度、延伸率都有大幅度提高。

Description

一种高强度高塑性镁合金

技术领域

本发明涉及Mg-Mn系的高强度高塑性镁合金，属于金属材料技术领域。

背景技术

镁合金具有低密度、耐腐蚀和易回收等优异性能，但其较低的强度和塑性变形能力阻碍了其广泛使用。在Mg-Mn系合金熔炼过程中，锰与铁能生成Mn-Fe化合物而沉淀于熔体底部，使该系合金具有较高的耐腐蚀性能，但较差的室温和高温强度限制了该合金工业化应用。M2合金具有良好的塑性变形能力及较低的价格，曾得到广泛使用。但其较低的强度，加之合金元素含量低，不能通过热处理强化，使M2镁合金在现代工业中的应用很少。

Zr是镁合金中有效的晶粒细化剂，一方面六方α-Zr的晶格常数与镁的晶格常数很接近，锆和锆的化合物可起到镁合金晶核的作用，从而显著细化镁合金的铸造组织，提高组织的均匀性和性能的稳定性；另一方面，Zr能抑制晶粒长大，从而使含锆合金在退火和热处理后仍具有较高的力学性能。Zr在液态镁中最大固溶度为0.6％，Zr原子溶入Mg基体中也产生一定的固溶强化作用。但Zr添加到Mg-Mn系合金中会与Mn形成化合物沉到坩埚底部使Zr失效。

发明内容

针对现有M2合金强度较低的不足，以及含Mn合金中不适合用Zr细化晶粒的问题，本发明的目的是提供一种不但具有良好的塑性变形能力，同时强度较高，价格较低的高强度高塑性的镁合金。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高强度高塑性镁合金，包含的化学成分及其重量百分比1.3-2.5％Mn，2-6％Gd，0.1-0.6％Zr，余量为Mg及不可避免的杂质。本发明以Mn、Zr为基本成分，添加适量的Gd，一方面生成(MgGd)相和(MnGd)相细化晶粒，另一方面影响Zr在合金中的分布，避免Zr与Mn生成稳定化合物使Zr失效。

本发明优选配方(重量百分比)：2％Mn，2-6％Gd，0.6％Zr，余量为Mg及不可避免的杂质。Mn、Zr在镁中的最大固溶度分别为2.2％、0.6％。为能使其发挥最好的固溶强化效果，将Mn、Zr的优选重量百分比设置为2％、0.6％。Gd在镁中的最大固溶度为23.5％，但其密度大、成本高，不宜添加较多含量的Gd。在300℃左右，Gd在镁中的最大固溶度仍能达到6％，因此设置其上限为6％；而Gd添加的较少时，Mn仍会使Zr失效，而2％是一个较好的下限值。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

钆能改善镁合金的综合力学性能。镁合金滑移系少，层错能较低，晶界扩散速度较高是镁合金容易发生动态再结晶的主要原因。而钆原子半径大，在镁中原子扩散能力差，因此钆的加入可以提高镁合金再结晶温度并减缓再结晶过程。除此之外，在镁合金中添加钆能析出热稳定较高的Mg₂₄Gd₅、Mg₅Gd及Mg₃Gd等弥散颗粒，抑制晶粒的长大，从而大幅度提高镁合金的室温和高温强度。Gd在Mg中的固溶度为23.5％，能起到较好的固溶强化作用。而本发明添加Gd除具上述作用外，还能避免Zr在含Mn镁合金中的失效，改善Zr在含Mn合金中的分布，使Zr仍能发挥细化晶粒的作用。

采用本优选方案制成的镁合金具有如下机械性能：平均抗拉强度216MPa，屈服强度153MPa，延伸率35％。与M2系列合金相比，抗拉强度、屈服强度、延伸率分别提高了44％、74％、74％。

具体实施方式

实施例1

本发明合金成分(重量百分比)为：2％Mn，2％Gd，0.6％Zr，余量为Mg及不可避免的杂质。按照上述成分配制合金，Mn、Gd、Zr元素的引入都是采用添加Mg-Mn、Mg-Gd、Mg-Zr中间合金实现，Mn、Gd、Zr在中间合金中的重量百分比分别为4.10％、24.50％、27.85％。该合金采用半连续搅熔铸造法制备，将坩埚用溶剂洗净，炉底撒2号溶剂，将纯镁锭6.720kg，Mg-Mn中间合金10.153kg，Mg-Gd中间合金1.698kg，Mg-Zr中间合金2.242kg预热后加到坩埚中，加温，撒上覆盖剂，通入SF₆和CO₂混合气体保护，待溶化后搅拌，静置20min浇铸。该合金预热到480℃，在450℃下挤压后，抗拉强度为205.07MPa，屈服强度为149.98MPa，延伸率为36.75％。

实施例2

合金成分(重量百分比)为：2％Mn，4％Gd，0.6％Zr，余量为Mg及不可避免的杂质。采用纯镁锭6.720kg，Mg-Mn中间合金13.586kg，Mg-Gd中间合金4.545kg，Mg-Zr中间合金3.000kg。其制造工艺与实施例1相同。其抗拉强度为205.73MPa，屈服强度为141.99MPa，延伸率为34.85％。

实施例3

合金成分(重量百分比)为：2％Mn，6％Gd，0.6％Zr，余量为Mg及不可避免的杂质。采用纯镁锭6.720kg，Mg-Mn中间合金20.529kg，Mg-Gd中间合金10.302kg，Mg-Zr中间合金4.533kg。其制造工艺与实施例1相同。其抗拉强度为236.63MPa，屈服强度为168.04MPa，延伸率为32.35％。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种高强度高塑性镁合金，其特征在于：包含的化学成分及其重量百分比1.3-2.5％Mn，2-6％Gd，0.1-0.6％Zr，余量为Mg及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高强度高塑性镁合金，其特征在于：优选配方重量百分比2％Mn，2-6％Gd，0.6％Zr，余量为Mg及不可避免的杂质。