CN103060649A - 一种低温高韧性镁合金薄板 - Google Patents
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Abstract
一种低温高韧性镁合金薄板，其化学成分为Mg-xM-yN，x、y为质量百分数，0.2%≤x≤0.5%，0.5%≤y≤0.8%。M包括钡、锡、钙和锰，N包括铅、铋、铟和稀土元素的一种或者两种，含两种元素时，各元素均等，稀土元素主要包括钐、钆和镥。熔炼出合金锭后，在室温下采用异步轧制法将上述固溶后的合金轧制成薄板。本发明制备的薄板晶粒尺寸小，延展性好，各向异性低，室温延伸率为15-25%。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，特别涉及一种镁合金板材。
背景技术
镁合金具有比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性及切削加工性好、导热性好、电磁屏蔽能力强以及减振性能好和易于回收优点，满足航空、航天、现代汽车工业对减重、节能的要求，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。
近年来随着变形镁合金的开发和应用受到越来越多的重视，在镁合金应用中发现的问题随之增多，其中之一就是镁合金的室温塑性加工变形性能差。金属镁属于密排六方晶体结构，在室温下它的滑移系少，镁合金的塑性较差，力学各向异性明显，容易出现变形缺陷。由于镁合金力学性能较低，特别是在高温下，导致镁合金的应用是十分有限的。
改善镁合金塑性加工性能一种重要的方法是添加固溶元素，通过引起合金晶格的变化或者改变孪晶，滑移系的临界剪切应力等而改变合金的变形方式（滑移或者孪晶模型），减弱合金的织构，增加合金的塑性。其中最有效的方法之一就是添加稀土元素，如WE43（Mg-4.1Y-2.2Nd-1HRE-0.5Zr）和WE54（Mg-5.2Y-1.7Nd-1.7HRE-0.4Zr）合金具有很好的力学性能和抗蠕变性能。然而随着稀土含量的增加，合金的价格会明显上升，而且合金第二相粒子的量明显增多，合金的抗腐蚀性能急剧下降。
目前世界范围内已研究开发的变形镁合金系列有Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Li、Mg-Th系等。尽管如此，变形镁合金的品种依然较少，已开发合金的室温性能仍不够优异，这些缺点严重制约着镁合金在金属结构材料领域更进一步的扩展应用(F.Czerwinski,Bolton,2007)。例如，周宏(200810050218.2)提供了一种含有Mg、Ce、Y、Gd和Sr变形镁合金的组成以及制造方法，虽然这种镁合金元素的组成能够提供一种强度高的变形镁合金，但是其在低温下的韧性低，而且这种镁合金的制造需要反复高温轧制，晶粒很容易长大；徐春杰等(200510124529)发明了一种含有Mg、Zn、Y、Ce和少量其他稀土的高强超韧镁合金，首先原位合成准晶镁合金铸锭，然后用快速凝固单辊梳流形式制备快速凝固镁合金薄板，最后反复挤压。这种方法虽然可以得到高强韧镁合金，但是制造方法却是非常复杂，实施比较困难，尺寸明显受到限制。沼野正祯等(200980103131.X)发明了一种镁合金板材，合金主要含有Mg、Al、Zn和Mn，虽然能够提高镁合金塑性，但是加工的温度较高，加工的工艺十分复杂，加工窗口较窄，同时容易氧化。因此，如何开发出低温高韧性镁合金，已成为了镁合金板材应用的一大难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加工方法简单、成本低、塑性好的镁合金板材。
一种低温高韧性镁合金薄板，其化学成分为Mg-xM-yN，x、y为质量百分数，0.2%≤x≤0.5%，0.5%≤y≤0.8%。M包括钡、锡、钙和锰，N包括铅、铋、铟和稀土元素的一种或者两种，含两种元素时，各元素均等，稀土元素主要包括钐、钆和镥。
上述低温高韧性镁合金薄板的制备方法如下：
1、将上述成分的金属锭去除表面氧化皮。
2、常规熔炼：将上述金属锭在200℃充分预热，按顺序将金属Mg锭,M型元素和N型元素放入电阻炉中，熔炼温度为720-750℃，采用1%SF6和氩气混合气体进行保护，每添加一种原料，搅拌10分钟；所有原料都添加完成后，再熔炼30分钟，并不断搅拌，使之熔炼均匀。熔炼完成后在320-480℃固溶处理10小时。
3、异步轧制：将上述固溶后的合金在室温下轧制成薄板，所用轧制设备上下辊的速度差为0.05-0.5m/s，轧制速度为1-5m/s，每轧完一次，将合金上下翻转，然后再将合金旋转180°，连续轧制，制备出0.5mm以下的薄板。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、操作简便，无需高温轧制，成本低。
2、添加的合金化元素有效改变合金的晶格参数，消除合金变形过程中各向异性，提高合金的塑性。
3、合金晶粒尺寸小，室温延展性好,室温延伸率为15-25%。
附图说明
图1是本发明实施例1中Mg-0.2Ca-0.5Bi合金的金相组织图。
图2是本发明实施例2中Mg-0.5Ba-0.4Pb-0.4Gd合金的金相组织图。
图3是本发明实施例3中Mg-0.5Sn-0.4Gd-0.4Sm合金的真应变-应力曲线。
图4是本发明实施例4中Mg-0.3Mn-0.4Lu-0.4In合金轧制后的宏观图,其中(a)为横截面图;(b)为纵向图。
具体实施方式
实施例1
取纯度为99.5%的Mg锭4.965kg，纯度为99.8%Ca锭10g,纯度为99.8%Bi锭25g，先去除上述金属锭表面氧化皮，再将上述准备好的锭子在200℃充分预热，然后按顺序依次将金属Mg锭、Ca锭和Bi锭加入自动控温电阻炉中，熔炼温度为720℃，采用1%SF6和氩气混合气体进行保护，每添加一种原料，搅拌10分钟；所有原料都添加完成后，再熔炼30分钟，并不断搅拌，使之熔炼均匀。熔炼完成后在450℃固溶处理10小时。
在室温下采用异步轧制法将上述固溶后的合金轧制成薄板，其中上下辊的速度差为0.05m/s，轧制速度为1m/s，每轧完一次，将合金上下翻转，然后再将合金旋转180°，连续轧制，制备出0.32mm的Mg-0.2Ca-0.5Bi合金薄板。对上述轧制好的Mg-0.2Ca-0.5Bi薄板进行打磨抛光后，如图1所示，可以看出经过本发明制备的合金晶粒尺寸约为4μm，晶粒尺寸分布均匀；其室温延伸率为15%，合金在轧制过程中发生了明显的再结晶。
实施例2
取纯度为99.5%的Mg锭4.935kg、纯度为99.8%Ba锭25g和纯度为99.9%Pb锭和Gd锭各20g，先去除上述金属锭表面氧化皮，再将上述准备好的锭子在200℃充分预热，再按顺序依次将金属Mg锭、Ba锭、Pb锭和Gd锭放入自动控制电阻炉中，采用1%SF6和氩气混合气体进行保护，每添加一种原料，搅拌10分钟。熔炼温度为750℃,所有原料添加完成后，熔炼30分钟，并不断地搅拌，使之熔炼均匀。熔炼完成后在480℃固溶处理10小时。
在室温下采用异步轧制法将上述固溶后的合金轧制成薄板，其中上下辊的速度差为0.5m/s，轧制速度为5m/s，每轧完一次，将合金上下翻转，然后再将合金旋转180°，连续轧制，制备出0.41mm的Mg-0.5Ba-0.4Pb-0.4Gd合金薄板。对上述轧制好的Mg-0.5Ba-0.4Pb-0.4Gd薄板进行打磨抛光后，如图2所示，合金轧制后主要由等轴晶组成，晶粒尺寸约为5μm。从图中可以看出合金在轧制过程中发生了部分的再结晶，同时局部可以看到明显的纤维状组织。
实施例3
取纯度为99.5%的Mg锭4.935kg，纯度为99.8%Sn锭25g,纯度为99.9%Sm锭和Gd锭各20g，先去除上述金属锭表面氧化皮，再将上述准备好的锭子在200℃充分预热，然后按顺序依次将金属Mg锭、Sm锭、Gd锭和Sn锭，加入自动控温电阻炉中，采用1%SF6和氩气混合气体进行保护，每添加一种原料，搅拌10分钟。熔炼温度为720℃,所有原料都添加完成后，再熔炼30分钟，并不断搅拌，使之熔炼均匀。熔炼完成后在320℃固溶处理10小时。
在室温下采用异步轧制法将固溶后的合金轧制成薄板。其中上下辊的速度差为0.25m/s，轧制速度为2.5m/s，每轧完一次，将合金上下翻转，然后再将合金旋转180°，连续轧制，制备出0.48mm的Mg-0.5Sn-0.4Gd-0.4Sm合金薄板。在室温下进行拉伸试验，得到如图3所示的真应变-应力曲线，室温延伸率为17%。
实施例4
取纯度为99.5%的Mg锭4.945kg，纯度为99.8%Mn锭15g，纯度为99.9%Lu锭和In锭各20g,先去除上述金属锭表面氧化皮，再将上述准备好的锭子在200℃充分预热，然后按顺序依次将金属Mg锭、Mn锭、Lu锭和In锭加入自动控温电阻炉中，采用1%SF6和氩气混合气体进行保护，每添加一种原料，搅拌10分钟。熔炼温度为720℃,所有原料都添加完成后，再熔炼30分钟，并不断搅拌，使之熔炼均匀。熔炼完成后在320℃固溶处理10小时。
在室温下采用异步轧制法将固溶后的合金轧制成薄板。其中上下辊的速度差为0.25m/s，轧制速度为2.5m/s，每轧完一次，将合金上下翻转，然后再将合金旋转180°，连续轧制，制备出0.49mm的Mg-0.3Mn-0.4Lu-0.4In合金薄板。如图4所示，从图a可以看出，Mg-0.3Mn-0.4Lu-0.4In薄板在室温下轧制变形后合金厚度基本一致，证明合金变形均匀。从图b可以看出该合金薄板经过轧制后表面基本完整，说明合金的韧性好，合金的室温延伸率为25%。
Claims (1)
1.一种低温高韧性镁合金薄板，其特征在于：其化学成分为Mg-xM-yN，x、y为质量百分数，0.2%≤x≤0.5%，0.5%≤y≤0.8%。M包括钡、锡、钙和锰，N包括铅、铋、铟和稀土元素的一种或者两种，含两种元素时，各元素均等，稀土元素主要包括钐、钆和镥。
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