CN101698917A - 一种高强度高塑性镁合金 - Google Patents
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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
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 (2)
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。
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