CN102796928A - 一种高性能镁基合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高性能镁基合金材料及其制备方法，是为了解决镁基合金在变形态下得到大量细小、热稳定好的增强体及由此得到细小的再结晶宏观组织，以提高镁合金服役性能的技术问题而设计的。本发明以Mg合金为基础，选择具有提高Mg合金非晶化形成能力的（Er,Cu,Ag）作为合金化元素，选用普通熔铸和热挤压方法制备该合金材料。由于元素之间具有负的生成热以及原子半径尺寸相差较大，在挤压过程中首先形成大量的原子间的束集（solute clusters），进而在此基础上析出细小的高温下力学性能稳定的金属间化合物粒子。同时，合金的宏观组织也得以细化。使得合金在室温至300℃温度区间均具有很高的强度和很好的塑形。
Description
技术领域:
本发明涉及一种以镁合金为基础的材料及其制备方法，尤其涉及一种具有高性能的镁基合金材料及其制备方法。属于材料科学技术领域。
背景技术:
发展高性能变形稀土镁合金一直是国内外学者的研究热点。目前研究思路集中在Mg-Gd二元系通过添加多元强化合金元素（Zn，Ca，Zr，Y,Nd等）以提高其力学性能。但目前开发的变形态Mg-Gd基稀土镁合金强度和塑性还有待进一步提高。而且目前开发的一般的变形Mg-Gd二元系基高性能镁合金随温度升高，强度下降很快，在接近300°C高温强度很低，只有几十MPa,不能满足高温结构材料的服役要求。镁-钍系合金具有很高的耐热性，可用在300°C左右高温下工作的结构材料。但该合金系的室温强度低，生成工艺复杂，加上钍有放射性，对人体和环境的危害很大，因此可利用的价值不高。研究表明，如何在变形态下得到大量细小、热稳定好的的增强体，并由此得到细小的再结晶宏观组织是提高镁合金服役性能的关键。
发明内容：
本发明针对现有变形镁合金材料存在的不足，为了解决在变形态下得到大量细小、热稳定好的增强体及由此得到细小的再结晶宏观组织，以提高镁合金服役性能的技术问题，提供了一种高性能镁基合金材料及其制备方法。
所述镁基合金材料，以Mg-Er中间合金为基础，选择加入适量的具有提高Mg合金非晶形成能力的Cu,Ag作为Mg-Er的合金化元素。
其中：Er的质量比8-10%；Cu的质量比1-2%；Ag的质量比0.5-1%；余量，Mg。
高性能镁基合金材料的制备方法，该方法中Mg，Er,Cu,Ag按上述质量配比，采用普通熔铸的方法，在430℃下，以5mm/min慢速进行热挤压，在后续空冷的条件下，以快速形成大量的溶质元素的束集中作为异质形核的质点，析出细小热稳定优异的Mg5(Er,Cu,Ag)相增强体；同时，宏观组织得以细化。由此完成制备具有高服役性能的镁基合金的制备过程。
本发明的特点及有益效果：本发明制备的是一种具有优异热稳定性的、细小金属间化合物粒子增强的、宏观组织细小的变形镁合金。在本发明中，由于元素之间具有负的生成热以及原子半径尺寸相差较大，在挤压及后续的空冷过程中，首先形成大量的原子间的束集（solute clusters），进而在此基础上析出细小的高温下力学性能稳定的金属间化合物粒子，成分为Mg5(Er,Cu,Ag)。而在后续的再结晶过程中，由于析出粒子刺激形核机制（particles stimulated nucleation），使得再结晶晶粒变的相对细小。这种组织使得合金热挤压态合金在很宽的温度范围内（室温至350°C）保持很高的拉伸力学性能。室温下抗拉强度要略高于目前国内开发的高性能变形镁合金，并且保持15%的良好的拉伸塑性。高温下力学性能均要高于镁-钍系合金，体现出该材料在高温下使用极具潜力。热挤压态Mg-Er-Cu-Ag四元合金优异的力学性能来自于复合强韧化，包括细晶强韧化，以及热稳定极好的析出相强化。
作为高强度高塑性耐热镁合金，本材料研发的应用领域主要着眼于航空领域，满足该领域对镁合金材料使用温度一般为200°C至300°C的要求。还可以将该系列镁合金加工成多种形式的产品，如棒材、板材、型材和锻件等，主要用做超音速飞机、火箭、导弹的蒙皮材料及结构件。另外，也可以应用在汽车、机器制造和电子等工业部门。
附图说明：
图1热挤压态多元Mg-Er-Cu-Ag相与二元Mg-Er合金在室温下塑性和强度的比较
图2热挤压态多元Mg-Er-Cu-Ag的透射电镜照片
具体实施方式：
一种高性能镁基合金材料，该材料以Mg-Er合金为基础，在所述Mg-Er中间合金的基础上，选择加入适量的Cu,Ag作为Mg-Er的合金化元素；其中：Er的质量比8-10%；Cu的质量比1-2%；Ag的质量比0.5-1%；余量，Mg。
所述高性能镁基合金材料的制备方法，该方法中Mg，Er,Cu,Ag按上述质量配比，采用普通熔铸的方法，在430℃下，以5mm/min慢速进行热挤压，在后续空冷的条件下，以快速形成大量的溶质元素的束集中作为异质形核的质点，析出细小热稳定优异的Mg5(Er,Cu,Ag)相增强体；同时，宏观组织得以细化。由此完成制备具有高服役性能的镁基合金的制备过程。
实施例1
采用纯Mg-10Er中间合金以及纯Cu,Ag元素，按87Mg-10Er-2Cu-1Ag(质量比)进行配制合金元素。采用普通铸造的方法，在760度下熔炼，保温20分钟浇铸成直径为50mm的棒材。然后进行450℃/24h均匀化处理；再在430℃下进行热挤压，挤压比12:1，挤压速率5mm/min。挤压所得棒材为空冷处理。热挤压态合金在很宽的温度范围内（室温至350°C）保持很高的拉伸力学性能，在室温下抗拉强度为373MPa，屈服强度为232MPa，拉伸延伸率14.5%。参看图1，热挤压态多元Mg-Er-Cu-Ag相与二元Mg-Er合金在室温下塑性和强度的比较；图2为热挤压态多元Mg-Er-Cu-Ag的透射电镜照片。
实施例2
采用纯Mg-8Er中间合金以及纯Cu,Ag元素，按89Mg-8Er-2Cu-1Ag(质量比)进行配制合金元素。在760度下熔炼，保温20分钟浇铸成直径为50mm的棒材。然后进行450℃/24h均匀化处理。然后，在430℃进行热挤压，挤压比12:1，挤压速率5mm/min。挤压所得棒材为空冷处理。热挤压态合金在很宽的温度范围内（室温至350°C）保持很高的拉伸力学性能，在300°C下抗拉强度为161MPa，屈服强度为148.54MPa，拉伸延伸率47%。
实施例3
采用纯Mg-8Er中间合金以及纯Cu,Ag元素，按90Mg-8Er-1Cu-1Ag(质量比)进行配制合金元素。在760度下熔炼，保温20分钟浇铸成直径为50mm的棒材。然后进行450℃/24h均匀化处理。然后，在430℃进行热挤压，挤压比12:1，挤压速率5mm/min。挤压所得棒材为空冷处理。热挤压态合金在很宽的温度范围内（室温至350°C）保持很高的拉伸力学性能，350°C下抗拉强度为106MPa，屈服强度为90MPa，拉伸延伸率59.5%。
实施例4
采用纯Mg-8.5Er中间合金以及纯Cu,Ag元素，按89.5Mg-8.5Er-1.5Cu-0.5Ag(质量比)进行配制合金元素。在760度下熔炼，保温20分钟浇铸成直径为50mm的棒材。然后进行450℃/24h均匀化处理。然后，在430℃进行热挤压，挤压比12:1，挤压速率5mm/min。挤压所得棒材为空冷处理。热挤压态合金在很宽的温度范围内（室温至350°C）保持很高的拉伸力学性能，350°C下抗拉强度为110MPa，屈服强度为90MPa，拉伸延伸率61.3%。
实施例5
采用纯Mg-8Er中间合金以及纯Cu,Ag元素，按90.5Mg-8Er-1Cu-0.5Ag(质量比)进行配制合金元素。在760度下熔炼，保温20分钟浇铸成直径为50mm的棒材。然后进行450℃/24h均匀化处理。然后，在430℃进行热挤压，挤压比12:1，挤压速率5mm/min。挤压所得棒材为空冷处理。热挤压态合金在很宽的温度范围内（室温至350°C）保持很高的拉伸力学性能，350°C下抗拉强度为103MPa，屈服强度为88MPa，拉伸延伸率61%。
Claims (2)
1.一种高性能镁基合金材料，该材料以Mg-Er合金为基础，其特征在于：在所述Mg-Er中间合金的基础上，选择加入适量的Cu,Ag作为Mg-Er的合金化元素；其中：Er的质量比8-10%；Cu的质量比1-2%；Ag的质量比0.5-1%；余量，Mg。
2.一种高性能镁基合金材料的制备方法，该方法中Mg，Er,Cu,Ag按上述质量配比，采用普通熔铸的方法，在430℃下，以5mm/mi n慢速进行热挤压；在热挤压后续的空冷过程中，快速形成的大量的溶质元素的束集可作为异质形核质点析出细小热稳定优异的Mg5(Er,Cu,Ag)相增强体；同时，宏观组织得以细化；由此完成制备具有高服役性能的镁基合金的制备过程。
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