CN102876948B - 低各向异性镁合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低各向异性镁合金材料及其制备方法；低各向异性镁合金材料按质量百分比计由以下组分组成：Li1.0%，Al2.5%~3.5%，Zn0.7%~1.3%，Mn0.2%~0.8%，Al-5Ti-1B0.3%，杂质≤0.3%，镁余量；其制备方法为：将配方量的纯锂、Al-5Ti-1B中间合金和AZ31镁合金在抽真空并通入惰性气体的条件下加热至720℃，待合金完全熔化后，700℃保温静置15分钟，然后将熔炼的合金液浇注到模具中。本发明在AZ31镁合金中加入了Li和Al-5Ti-1B中间合金，达到了减弱镁合金基面织构强度、降低镁合金各向异性、细化晶粒以及提高镁合金力学性能的目的。

Description

低各向异性镁合金材料及其制备方法

技术领域

 本发明涉及一种镁合金材料及其制备方法，特别涉及一种低各向异性镁合金材料及其制备方法。

背景技术

镁合金具有低密度、高强度、高导热导电性、电池屏蔽、易回收等优点，近年来作为轻质结构材料被逐渐应用于交通、通讯、电子、航空航天及其他民用产品等领域。变形镁合金通常通过挤压、轧制、锻造等变形方式来改善合金的组织结构，提高镁合金的性能。镁合金具有密排六方晶体结构的特点，在室温变形条件下独立的滑移系少，导致室温塑性低，变形加工困难，已成为阻碍镁合金材料大规模应用的瓶颈问题。AZ31镁合金是一种商用镁合金，也是镁合金中具有代表性的合金之一。但AZ31镁合金在室温变形时也存在塑性差的特点。

通常，为了改善镁合金的塑性与各向异性，开展了许多新的塑性加工技术，例如，异步轧制和等径角挤压（ECAE）工艺。黄光胜等研究了异步轧制AZ31镁合金的织构特征及力学性能，认为热挤压态AZ31镁合金板材经异步轧制后基面织构发生了ND向RD方向约15^o的偏转；与常规轧制相比较，异步轧制AZ31镁合金RD方向的延伸率及应变硬化因子升高而屈服强度及Lankford因子降低，倾转织构有利于变形初期{10                                               2}孪晶的开动从而抑制了动态回复，有效提高了镁合金的室温延伸率。而等径角挤压（ECAE）是细化镁合金晶粒的一种塑性变形工艺，该工艺在镁合金热挤压过程中引入较大切应变，可在晶粒得到细化的同时弱化镁合金基面织构，从而获得较好的综合力学性能。Yoshida等研究发现，在523K通过ECAE挤压会形成基面与挤压出口成45°的织构，而在573K挤压时基面则趋向于平行于挤压出口方向。但以上两种工艺相对于普通挤压和轧制工艺过于复杂，一定程度上增加了成本，且不能大面积推广使用。

而另外一种改善镁合金塑性及各向异性的方法是添加合金元素，有研究表明，添加稀土元素可以改善镁合金的基面织构，但是改善幅度并不大，而且稀土元素的价格普遍较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低各向异性镁合金材料及其制备方法，镁合金的基面织构强度明显减弱，各向异性明显降低，同时提高镁合金的力学性能。

本发明公开了一种低各向异性镁合金材料，所述镁合金材料按质量百分比计由以下组分组成：

Li         1.0%；

Al         2.5%~3.5%；

Zn         0.7%~1.3%；

Mn        0.2%~0.8%；

Al-5Ti-1B   0.3%；

杂质       ≤0.3%；

镁   余量；

所述Al-5Ti-1B中各组分的质量百分含量为：Ti 5%；B 1%；余量为Al。

进一步，所述镁合金材料按质量百分比计由以下组分组成：

Li         1.0%；

Al         3.0%；

Zn         1.0%；

Mn        0.3%；

Al-5Ti-1B   0.3%；

杂质       ≤0.3%；

镁   余量；

所述Al-5Ti-1B中各组分的质量百分含量为：Ti 5%；B 1%；余量为Al。

本发明还公开了上述低各向异性镁合金材料的制备方法，将配方量的纯锂、Al-5Ti-1B中间合金和AZ31镁合金在抽真空并通入惰性气体的条件下加热至720℃，待合金完全熔化后，700℃保温静置15分钟，然后将熔炼的合金液浇注到模具中，得到铸态的镁合金。

进一步，将铸态的镁合金380℃保温3小时后挤压成镁合金板材。

本发明的有益效果在于：本发明在AZ31镁合金中加入了Li和Al-5Ti-1B中间合金；加入Li可以起到两个方面的作用：一是Li的加入可以减轻材料的密度；二是添加Li 后减小了六方晶系α-Mg的c/a值，原子间距的减小降低了六方晶格沿{100}〈110〉棱面滑移的启动能，使得该滑移在室温下也能开动，即镁合金的基面织构强度明显减弱，降低了合金的各向异性，提高了合金的室温延展性和变形性；而添加Al-5Ti-1B中间合金是为了达到晶粒细化的效果，同时提高合金的力学性能。

本发明的镁合金材料，其铸态平均晶粒尺寸为300μm，挤压态平均晶粒尺寸为25μm，挤压态合金的延伸率可以达到23%，且该合金沿不同方向拉伸时的抗拉强度和屈服强度相差较小，各向异性程度低。而与之相对应的AZ31镁合金的铸态平均晶粒尺寸为600μm，挤压态平均晶粒尺寸为48μm，挤压态合金的延伸率最高可以达到23%，但各向异性现象较为明显。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为AZ31镁合金的铸态组织照片；

图2为实施例1镁合金的铸态组织照片；

图3为AZ31镁合金的挤压态组织照片；

图4为实施例1镁合金的挤压态组织照片； 

图5为AZ31镁合金挤压态板材的拉伸应力-应变曲线；

图6为实施例1镁合金挤压态板材的拉伸应力-应变曲线。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

本实施例的低各向异性镁合金材料按质量百分比计由以下组分组成：

Li         1.0%；

Al         3.0%；

Zn         1.0%；

Mn        0.3%；

Al-5Ti-1B   0.3%；

杂质       ≤0.3%；

镁   余量；

所述Al-5Ti-1B中各组分的质量百分含量为：Ti 5%；B 1%；余量为Al。

本实施例的低各向异性镁合金材料的制备方法，将配方量的纯锂、Al-5Ti-1B中间合金和AZ31镁合金在抽真空并通入惰性气体的条件下加热至720℃，待合金完全熔化后，700℃保温静置15分钟，然后将熔炼的合金液浇注到模具中，得到铸态的镁合金；将铸态的镁合金380℃保温3小时后挤压成2mm厚、120mm宽的镁合金板材（挤压机吨位1250T，挤压筒直径165mm，挤压比：89）。

图1为AZ31镁合金的铸态组织照片，图2为实施例1镁合金的铸态组织照片，图3为AZ31镁合金的挤压态组织照片，图4为实施例1镁合金的挤压态组织照片，利用截线法对晶粒尺寸进行测量，得到实施例1镁合金的铸态平均晶粒尺寸为300μm，挤压态平均晶粒尺寸为25μm，而AZ31镁合金的铸态平均晶粒尺寸为600μm，挤压态平均晶粒尺寸为48μm；由此可见，实施例1的镁合金达到了晶粒细化的效果，综合力学性能更加优化。

图5为AZ31镁合金挤压态板材的拉伸应力-应变曲线，图6为实施例1镁合金挤压态板材的拉伸应力-应变曲线，从图中可以看出，实施例1的镁合金挤压态板材沿不同方向拉伸时的抗拉强度和屈服强度相差较小，各向异性程度低，而AZ31镁合金挤压态板材各向异性现象较为明显。

本发明在AZ31镁合金中加入了Li和Al-5Ti-1B中间合金，达到了减弱镁合金基面织构强度、降低镁合金各向异性、细化晶粒以及提高镁合金力学性能的目的；加入Li可以起到两个方面的作用：一是Li的加入可以减轻材料的密度；二是添加Li 后减小了六方晶系α-Mg的c/a值，原子间距的减小降低了六方晶格沿{100}〈110〉棱面滑移的启动能，使得该滑移在室温下也能开动，即镁合金的基面织构强度明显减弱，降低了合金的各向异性，提高了合金的室温延展性和变形性；而添加Al-5Ti-1B中间合金是为了达到晶粒细化的效果，同时提高合金的力学性能。

本发明的低各向异性镁合金材料中，Al元素的含量按质量百分比计可以为2.5%~3.5%，Zn元素的含量按质量百分比计可以为0.7%~1.3%，Mn元素的含量按质量百分比计可以为0.2%~0.8%，均能实现本发明的目的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (2)

1.一种制备低各向异性镁合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、选取原材料：选取纯锂、Al-5Ti-1B中间合金和AZ31镁合金；

2）、熔炼浇筑：将步骤1）所选原材料在抽真空并通入惰性气体的条件下加热至720℃，待合金完全熔化后，700℃保温静置15分钟，然后将熔炼的合金液浇注到模具中，得到铸态的镁合金；所述铸态的镁合金按质量计由以下组分组成，Li：1.0%，Al：2.5%~3.5%，Zn：0.7%~1.3%，Mn：0.2%~0.8%，Al-5Ti-1B：0.3%，余量为镁；其中不可避免的杂质≤0.3%，所述Al-5Ti-1B中各组分的质量百分含量为：Ti：5%，B：1%，余量为Al；

3）、挤压加工：将铸态的镁合金380℃保温3小时后挤压成镁合金板材；本步骤挤压比为89。

2.根据权利要求1制备低各向异性镁合金的方法，其特征在于：所述铸态的镁合金按质量计由以下组分组成：Li：1.0%；Al：3.0%；Zn：1.0%；Mn：0.3%；Al-5Ti-1B：0.3%；杂质：≤0.3%；镁：余量。