CN102925771B - 高室温塑性镁合金材料 - Google Patents

高室温塑性镁合金材料 Download PDF

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本发明公开了一种高室温塑性镁合金材料及其制备方法；高室温塑性镁合金材料按质量百分比计由以下组分组成：Li1.0%~5.0%，Al2.5%~3.5%，Zn0.7%~1.3%，Mn0.2%~0.5%，杂质≤0.3%，镁余量；其制备方法为：将配方量的纯锂和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元素，制备得到的镁合金材料具有较高的室温塑性，并且各向异性程度低；另外，本发明添加的合金元素成本相对较低，并且制备工艺简单。

Description

高室温塑性镁合金材料
技术领域
本发明涉及一种镁合金材料及其制备方法，特别涉及一种高室温塑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。镁合金型材制品在后期使用过程中需要有较好的强度和塑性，以保证其使用过程内不发生失效，为此希望镁合金制品具有高的室温塑性，拉伸延伸率应在20%以上。因此，有效地改善和提高镁合金室温塑性是解决镁合金工程应用的关键。 
目前国内外在变形镁合金研究方面主要侧重于合金化、细晶强化、材料加工成型技术等方面，希望以此来改善镁合金的强度、塑性、抗腐蚀等性能。早期有添加钇（Y）、硅（Si）等合金元素以提升镁合金超塑性成形及制造的专利报告，但因成形温度须高达200℃，对于室温成形性没有太大改善，而且制造方法复杂，不能得到普遍应用。还有在镁中加入铟（In）和银（Ag）等合金元素可使镁合金的轴比c/a降低，从而激发非基面滑移，进而可提高室温塑性，但这些元素都是价格昂贵的元素，不适合大规模应用。 
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高室温塑性镁合金材料及其制备方法，该镁合金材料具有高的室温塑性，并且成本低、制备工艺简单。 
本发明公开了一种高室温塑性镁合金材料，所述镁合金材料按质量百分比计由以下组分组成： 
Li         1.0%~5.0%；
Al         2.5%~3.5%；
Zn         0.7%~1.3%；
Mn        0.2%~0.5%；
杂质       ≤0.3%；
镁   余量。
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         5.0%；
Al         3.0%；
Zn         1.0%；
Mn        0.3%；
杂质       ≤0.3%；
镁   余量。
本发明还公开了上述高室温塑性镁合金材料的制备方法，将配方量的纯锂和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元素，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{10 0},〈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。 
本发明的镁合金材料，其铸态平均晶粒尺寸为400μm左右，挤压态平均晶粒尺寸为30μm左右，挤压态合金的延伸率可以达到31%，具有较高的室温塑性；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仅为23%。同时，本发明的镁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镁合金各向异性现象较为明显。另外，本发明添加的合金元素成本相对较低，并且制备工艺简单。 
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镁合金及实施例1~3镁合金的挤压态组织照片。
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
本实施例的高室温塑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%；
杂质       ≤0.3%；
镁   余量。
本实施例的高室温塑性镁合金材料的制备方法，将配方量的纯锂和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）。 
实施例2
本实施例的高室温塑性镁合金材料按质量百分比计由以下组分组成：
Li         3.0%；
Al         3.0%；
Zn         1.0%；
Mn        0.3%；
杂质       ≤0.3%；
镁   余量。
本实施例的高室温塑性镁合金材料的制备方法，将配方量的纯锂和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）。 
实施例3
本实施例的高室温塑性镁合金材料按质量百分比计由以下组分组成：
Li         5.0%；
Al         3.0%；
Zn         1.0%；
Mn        0.3%；
杂质       ≤0.3%；
镁   余量。
本实施例的高室温塑性镁合金材料的制备方法，将配方量的纯锂和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镁合金及实施例1~3镁合金的挤压态组织照片，图中（a）为AZ31镁合金，（b）为实施例1的镁合金，（c）为实施例2的镁合金，（d）为实施例3的镁合金；利用截线法对晶粒尺寸进行测量，得到实施例1镁合金的挤压态平均晶粒尺寸为25μm，实施例2镁合金的挤压态平均晶粒尺寸为35μm，实施例3镁合金的挤压态平均晶粒尺寸为32μm，而AZ31镁合金的挤压态平均晶粒尺寸为48μm。 
表1为AZ31镁合金挤压态板材及实施例1~3镁合金挤压态板材沿不同方向的拉伸性能数据，从表中可以看出，实施例1~3的镁合金挤压态板材的延伸率较AZ31镁合金挤压态板材的延伸率高，并且最高可以达到31%；同时，实施例1~3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元素，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。因此，本发明的镁合金材料具有较高的室温塑性，并且各向异性程度低；另外，本发明添加的合金元素成本相对较低，并且制备工艺简单。 
本发明的高室温塑性镁合金材料中，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%~0.5%，均能实现本发明的目的；而Li元素的含量按质量百分比计必须控制在1.0%~5.0%之间，因为如果Li元素的含量超过5.5%，一定程度上增加了合金的成本，并且合金的结构会转变为体心立方（BCC）与密排六方（HCP）双相结构，不再是镁合金的密排六方（HCP）结构。 
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 (1)

1.一种高室温塑性镁合金材料，其特征在于，按照如下方法制得：
1）、按以下配比选取原材料：Li：5.0%，Al：3.0%，Zn：1.0%，Mn：0.3%，杂质0.3%，余量为镁；
2）、熔炼：将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；
3）、轧制：将铸态镁合金加热到380℃保温3小时后挤压成镁合金板材，挤压时挤压比为89；
所述镁合金轧制方向抗拉强度为229MPa，屈服强度为161MPa，延伸率为18%。
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