CN101768689B

CN101768689B - 一种高强超韧低密度镁合金及其制备方法

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Publication number: CN101768689B
Application number: CN2010101031600A
Authority: CN
Inventors: 徐春杰; 孟令楠; 张忠明
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: CN101768689A

Abstract

本发明公开的一种高强超韧低密度超轻镁合金，按重量百分比其组成为：5％～12％的Li、1％～5％的Zn、1％～6％的Y、0％～2％的其它RE，其余为Mg。采用抽真空后氩气保护的方法熔铸合金，再将得到的铸态镁合金锭在气体保护条件下进行热处理，再将该合金挤压或轧制温变形加工，即得到变形加工后的镁合金。本发明提供一种密度低于1.7g/cm³的镁合金，该镁合金不仅有高强度，还具有高的塑性和韧性，能够满足室温变形加工薄板类材料对强度和塑性性能指标的要求。

Description

一种高强超韧低密度镁合金及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料及冶金技术领域，涉及一种合金，尤其涉及一种高强度超高韧性低密度超轻的镁合金。

背景技术

镁合金具有低比重、高比强度和比刚度以及对无线电波的最有效屏蔽等显著优势，已成为现代汽车、便携电子产品电子、通信等行业的首选材料。尽管镁合金有诸多优点，但传统镁合金仍存在强度较低，韧性差，塑性加工困难以及高温抗蠕变性能差等问题，使其作为某些结构件的应用受到限制。镁合金仍不能像钢板或铝板那样能够满足室温或中温挤压、冲压、锻造、轧制等塑性成形。通过热轧或挤压方法只能生产2mm以上的镁合金薄板，然而，目前对2mm以下薄板类镁合金材料的需求越来越多，这就需要镁合金具有较高的塑性变形能力，尤其是室温变形能力，以满足室温变形加工的要求。这限制了对强度要求相对较低而对成型性要求较高的便携电子产品等领域中的应用。如何提高镁合金的变形能力，尤其是室温变形能力，通过一定合金化形成强化粒子增强镁合金基体，并细化和均匀化组织以提高镁合金的强度力学性能指标和综合力学性能成为镁合金领域的重要研究方向。

提高镁合金的强度最有效方法是采用合金化，但对于镁的塑性变形能力改善技术方面，目前主要是加入体心立方结构的Li元素。Li元素的加入使镁合金的塑性大幅度提高，甚至产生超塑性，但是Li元素的加入使镁合金在室温条件下的强度极低，通常镁锂二元合金的抗拉强度低于100MPa，这是由于在剧烈变形过程中连续的bcc结构的富锂β相塑性极好，但变形硬化强化效果非常有限，富锂β相强度极低。

发明内容

为了解决现有的镁合金材料塑性低、韧性差及加入锂元素的镁合金强度差问题，本发明的目的在于提供一种镁合金，该镁合金不仅强度高，还具有高的塑性，密度低于1.7g/cm³的镁合金，能够满足室温变形加工薄板类材料对强度和塑性性能指标的要求。

本发明的另一目的在于提供上述镁合金材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种高强度超韧低密度超轻镁合金，按重量百分比其组成为：5％～12％的Li、1％～5％的Zn、1％～6％的Y、0％～2％的其它RE，其余为Mg，控制杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.002％，Ni＜0.002％。

本发明所采用的另一技术方案是，上述镁合金的制备方法，分别取工业纯镁锭、纯锂、工业纯锌锭、镁钇中间合金及其它镁稀土中间合金，在真空电阻炉中进行熔铸合金，熔铸过程为：首先将各金属锭表面去污后置于坩埚中，依此为镁锭、纯锂、锌锭、镁钇中间合金或其它镁稀土中间合金，然后将真空电阻炉抽真空后充入氩气，反复3次，最后再充入氩气至1atm，加热熔炼过程在氩气保护条件下进行，待所有金属熔化后采用氩气气体搅拌该合金液5-15分钟，当合金液温度为720～740℃时将熔体浇入水冷铜铸型中，得到铸态镁合金锭，使铸态镁合金锭的重量百分比为：Li为5％～12％、Zn为1％～5％、Y为1％～6％、其它RE为0％～2％，其余为Mg；

将得到的铸态镁合金锭在CO₂+0.5％SF₆或氩气气体保护条件下，在300℃～355℃条件下进行热处理，然后将该镁合金锭在150～300℃条件下进行挤压或轧制加工，得到变形加工后的镁合金。

本发明在加入密度仅为0.54g/cm³的Li元素获得连续bcc结构的富锂β相与hcp结构的富镁α相以提高镁合金的塑性变形能力的基础上，加入Zn和Y等强化元素，牺牲该合金的部分塑性，在富锂β相中获得强化相粒子，以解决该镁合金在后续的变形加工过程中富锂β相变形硬化强化效果非常有限的问题，达到固溶及沉淀强化富锂β相的目的，并细化晶粒，从而获得高强度的镁合金。

本发明的高强超韧超轻镁合金，室温条件下，抗拉强度：210～260MPa，屈服强度：190～240MPa，伸长率≥20％，密度≤1.7g/cm³；120℃条件下，抗拉强度≥160MPa，屈服强度≥140MPa，伸长率≥25％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明的镁合金材料，按重量百分比其组成为：5％～12％的Li、1％～5％的Zn、1％～6％的Y、0％～2％的其它RE，其余为Mg，控制杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.002％，Ni＜0.002％。

采用抽真空后氩气保护的方法熔铸合金，各组分分别为工业纯镁锭、纯锂、工业纯锌锭、镁钇中间合金及其它镁稀土中间合金。熔铸合金在真空电阻炉中进行。熔铸过程为：首先将各金属锭表面去污后置于坩埚中，依此为镁锭、纯锂、锌锭、镁钇中间合金或其它镁稀土中间合金。然后将真空电阻炉抽真空后充入氩气，反复3次，最后再充入氩气至1atm，加热熔炼过程在氩气保护条件下进行。待所有金属熔化后采用氩气气体搅拌该合金液5-15分钟，当合金液温度为720～740℃时将熔体浇入水冷铜铸型中，得到铸态镁合金锭。

所得到的铸态镁合金锭在(CO₂+0.5％SF₆)或氩气气体保护条件下，在300℃～355℃条件下进行热处理，然后将该镁合金锭在150～300℃条件下进行挤压或轧制温变形加工，得到变形加工后的镁合金。

实施例1：

本发明的高强超韧低密度超轻镁合金，按重量百分比其组成为：Li：8％，Zn：5％，Y：2％，控制杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.002％，Ni＜0.002％，其余为Mg。熔铸合金在真空电阻炉中进行。首先各金属锭表面去污后置于坩埚中，然后将真空电阻炉抽真空后充入氩气，反复3次，最后再充入氩气至1atm，加热熔炼过程在氩气保护条件下进行。金属熔体采用氩气气体搅拌10分钟，720℃时将熔体浇入水冷铜铸型中，得到铸态镁合金锭。所得到的铸态镁合金锭在氩气保护条件下，在300℃条件下进行热处理，然后将该镁合金锭在300℃条件下进行挤压加工成型材。

拉伸性能试验在分别在室温电子万能试验机和控温电子万能试验机上进行。所得的镁合金在室温条件下，抗拉强度：246MPa，屈服强度：212MPa，伸长率：21％，密度：1.53g/cm³；120℃条件下，抗拉强度：183MPa，屈服强度：154MPa，伸长率：35％。

实施例2：

本发明的高强超韧低密度超轻镁合金，按重量百分比其组成为：Li：8.5％，Zn：4％，Y：4.5％，Nd：1％，控制杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.002％，Ni＜0.002％，其余为Mg。熔铸合金在真空电阻炉中进行。首先各金属锭表面去污后置于坩埚中，然后将真空电阻炉抽真空后充入氩气，反复3次，最后再充入氩气至1atm，加热熔炼过程在氩气保护条件下进行。金属熔体采用氩气气体搅拌5分钟，740℃时将熔体浇入水冷铜铸型中，得到铸态镁合金锭。所得到的铸态镁合金锭在氩气保护条件下，在355℃条件下进行热处理，然后将该镁合金锭在150℃条件下进行挤压加工成2mm的板材。

拉伸性能试验在分别在室温电子万能试验机和控温电子万能试验机上进行。所得的镁合金在室温条件下，抗拉强度：252MPa，屈服强度：217MPa，伸长率：20.5％，密度：1.55g/cm³；120℃条件下，抗拉强度：191MPa，屈服强度：158MPa，伸长率：32％。

实施例3：

本发明的高强超韧低密度超轻镁合金，按重量百分比其组成为：Li：6.5％，Zn：2％，Y：5％，Nd：1％，控制杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.002％，Ni＜0.002％，其余为Mg。熔铸获得铸态镁合金锭条件同实施例1。所得到的铸态镁合金锭在氩气保护条件下，在400℃条件下进行热处理，然后将该镁合金锭在200℃条件下进行挤压加工成1mm的板材。

拉伸性能试验在分别在室温电子万能试验机和控温电子万能试验机上进行。所得的镁合金在室温条件下，抗拉强度：261MPa，屈服强度：224MPa，伸长率：24％，密度：1.59g/cm³；120℃条件下，抗拉强度：198MPa，屈服强度：157MPa，伸长率：36％。

实施例4：

本发明的高强超韧低密度超轻镁合金，按重量百分比其组成为：Li：5％，Zn：3％，Y：6％，控制杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.002％，Ni＜0.002％，其余为Mg。熔铸获得铸态镁合金锭条件同实施例1。所得到的铸态镁合金锭在氩气保护条件下，在400℃条件下进行热处理，然后将该镁合金锭在200℃条件下进行挤压加工成1mm的板材。

拉伸性能试验在分别在室温电子万能试验机和控温电子万能试验机上进行。所得的镁合金在室温条件下，抗拉强度：261MPa，屈服强度：224MPa，伸长率：22％，密度：1.65g/cm³；120℃条件下，抗拉强度：198MPa，屈服强度：157MPa，伸长率：36％。

实施例5：

本发明的高强超韧低密度超轻镁合金，按重量百分比其组成为：Li：12％，Zn：1％，Y：1％，Nd：2％，控制杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.002％，Ni＜0.002％，其余为Mg。熔铸获得铸态镁合金锭条件同实施例1。所得到的铸态镁合金锭在氩气保护条件下，在450℃条件下进行热处理，然后将该镁合金锭在250℃条件下进行挤压加工成1mm的板材。

拉伸性能试验在分别在室温电子万能试验机和控温电子万能试验机上进行。所得的镁合金在室温条件下，抗拉强度：221MPa，屈服强度：192MPa，伸长率：34.5％，密度：1.40g/cm³；120℃条件下，抗拉强度：161MPa，屈服强度：138MPa，伸长率：42％。

Claims

1.一种高强度超韧低密度超轻镁合金，其特征在于：按重量百分比其组成为：12％的Li、1％的Zn、1％的Y、2％的Nd，其余为Mg，控制杂质元素Fe＜0.005％，Cu＜0.002％，Ni＜0.002％。

2.按照权利要求1所述镁合金的制备方法，其特征在于，分别取工业纯镁锭、纯锂、工业纯锌锭、镁钇中间合金及钕镁中间合金，在真空电阻炉中进行熔铸合金，熔铸过程为：首先将各金属锭表面去污后置于坩埚中，依次为镁锭、纯锂、锌锭、镁钇中间合金或钕镁中间合金，然后将真空电阻炉抽真空后充入氩气，反复3次，最后再充入氩气至1atm，加热熔炼过程在氩气保护条件下进行，待所有金属熔化后采用氩气气体搅拌该合金液5-15分钟，当合金液温度为720～740℃时将熔体浇入水冷铜铸型中，得到铸态镁合金锭，使铸态镁合金锭的重量百分比为：Li为12％、Zn为1％、Y为1％、2％的Nd，其余为Mg；

将得到的铸态镁合金锭在CO₂+0.5％SF₆或氩气气体保护条件下，在300℃～355℃条件下进行热处理，然后将该镁合金锭在150℃～300℃条件下进行挤压或轧制加工，得到变形加工后的镁合金。