CN103774070A

CN103774070A - 一种Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法

Info

Publication number: CN103774070A
Application number: CN201410029415.1A
Authority: CN
Inventors: 韩宝军; 何琼; 彭光怀; 方玲; 张小联
Original assignee: GAN NAN NORMAL COLLEGE
Current assignee: GAN NAN NORMAL COLLEGE
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: CN103774070B

Abstract

本发明公开了一种Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法，按合金成分3-5wt%Al、1-2wt%Zn、2.0-5.0%wtCu、0.35-0.8wt%RE，1.2-1.8wt%Ti，杂质元素：Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt%，余量为Mg，配料并浇铸出合金；将熔炼好的Mg-Zn-Al-Cu合金铸锭进行均匀化热处理，刨边去表面氧化皮后，进行热轧将切割好的拉伸试样进行465℃，1h的固溶处理，水淬，接着进行135℃、8h峰时效处理；对热处理后的合金板材进行单向拉伸试验及成形性能试验。本发明提高了镁合金板材的力学性能，提高了镁合金板材的成形性能，制备出了高强度、高韧性统一的Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金的板材，较好的解决了目前高强镁合金的开发和发展中强度、塑性、以及耐蚀性综合性能仍得不到最优匹配的问题。

Description

一种Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法。

背景技术

镁合金在航空航天、军工、电子、机械、汽车及其它行业中有着广泛的应用前景，主要是由于其具备密度低、抗冲击性能、电磁屏蔽性能优良、比强度比刚度高、机加工性能好等特点。我国大力开发镁合金产业，不但具有强大的资源优势，还有着巨大的市场需求。然而，近年来镁合金替代铝合金等材料，在各行业中的应用发展比较缓慢，主要原因是目前镁合金还存在着以下显著的技术缺点：

(1)抗拉强度低：目前商用镁合金抗拉强度均＜280MPa，尤其是高温力学性能较差，当温度升高时，其强度和抗蠕变性能大幅度下降，限制了其在结构、承重等领域的应用；

(2)韧性差：目前商用镁合金延伸率普遍＜10%，限制了其加工成型性能。若要提高强度，则延伸率将大大下降，如强度最高的ZK61镁合金，其强度虽然可达275-305MPa，但其延伸率仅为4-7%；

(3)化学活性高、易于氧化燃烧：在350℃将发生燃烧，难于热加工成型；

(4)抗腐蚀性差：基体在空气中易氧化：一般在3-5天基体表面将发生氧化变灰至黑。

因此，开发镁合金制备新技术，研制开发具有优良综合性能（轻质、高强、高韧、耐热、耐蚀）的新型镁合金，无疑具有非常重要的工程价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Al-Zn-Mg-Cu系超高强镁合金板材制备方法，旨在解决传统的生产镁合金板材存在抗拉强度低、韧性差、化学性质活泼、抗腐蚀性差的问题。

本发明是这样实现的，一种Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法，该方法包括：

步骤一：按合金成分3-5wt%Al、1-2wt%Zn、2.0-5.0%wtCu、0.35-0.8wt%RE(Nd、Y、Sm、Gd)，1.2-1.8wt%Ti,杂质元素：Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt%，余量为Mg，配料并浇铸出合金；

步骤二：将熔炼好的Mg-Zn-Al-Cu合金铸锭进行均匀化热处理，刨边去表面氧化皮后，进行热轧；热轧过程中，每轧一道次，回炉加热，取出下一块进行热轧，铸锭初始厚度8mm，热轧至3mm，热轧总加工率为62.5%，退火后进行冷轧，在将3mm厚的合金板材粗轧至厚度分别为1.11mm，1.43mm，2mm，退火后，进行精轧至1mm；

步骤三：将切割好的拉伸试样进行465℃，1h的固溶处理，水淬，接着进行135℃、8h峰时效处理；

步骤四：对热处理后的合金板材进行单向拉伸试验及成形性能试验。

进一步，在步骤一中，Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金的熔炼工艺为：将纯镁、铝、锌、铜、中间合金Mg-RE和Al-Ti先预热至100-180℃，然后将纯镁、铝锭、锌锭、铜锭置于CO2和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在650-760℃保温25-45分钟，再升温至760-840℃加入Mg-RE、Al-Ti中间合金，待Mg-RE、Al-Ti中间合金熔化后将镁液升温至770-860℃保温30-50分钟；再降温至650-800℃，静置10-20分钟后进行浇铸，浇铸用钢制模具预先加热至150-300℃，制得镁合金铸锭。

进一步，在步骤二中，热轧的开轧温度400℃，终轧温度350℃。

进一步，在步骤二中，依次按照不同成品冷轧总加工率为10%，30%，50%三种方案将三种板材加工至厚度为1mm，后经过电火花线切割成拉伸试样。

进一步，在步骤四中，成形性能试验包括锥杯试验和弯曲试验。

进一步，镁合金中稀土元素的加比例为30%Nd、60%Y、10%Sm或30%Nd、50%Y、20%Gd。

本发明提供的Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材及其制备方法，采用135℃、8h峰值时效，当成品冷轧总加工率为30%时，提高了镁合金板材的力学性能，极限抗拉强度σb=455.3MPa，屈服强度σs=349.4MPa，延伸率为δ=6.3%；成品冷轧总加工率为10%，提高了镁合金板材的成形性能，锥杯值CCV=50.1，最小相对弯径Rmin/t=3.2。通过均匀化处理提高材料强度韧性，通过固溶强化、弥散强化提高材料强度的强化作用和疲劳极限，使该镁合金具有更优异的强度、延伸率和硬度等力学性能，较好的解决了目前高强镁合金的开发和发展中强度、塑性、以及耐蚀性综合性能仍得不到最优匹配的问题，极大的促进了镁合金的发展。

附图说明

图1是本发明提供的Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明提供的一种Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法的流程图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

本发明提供的一种Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法，该方法包括：

S101：按合金成分3-5wt%Al、1-2wt%Zn、2.0-5.0%wtCu、0.35-0.8wt%RE(Nd、Y、Sm、Gd)，1.2-1.8wt%Ti,杂质元素：Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt%，余量为Mg，配料并浇铸出合金；

S102：将熔炼好的Al-Zn-Mg-Cu合金铸锭进行均匀化处理，刨边去表面氧化皮后，进行热轧；

S103：将切割好的拉伸试样进行465℃，1h的固溶处理，水淬，接着进行135℃、8h峰时效处理；

S104：对切割成拉伸试样的合金板材进行单向拉伸试验及成形性能。

在步骤S101中，Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金的熔炼工艺为：将纯镁、铝、锌、铜、中间合金Mg-RE和Al-Ti先预热至100-180℃，然后将纯镁、铝锭、锌锭、铜锭置于CO₂和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在650-760℃保温25-45分钟，再升温至760-840℃加入Mg-RE、Al-Ti中间合金，待Mg-RE、Al-Ti中间合金熔化后将镁液升温至770-860℃保温30-50分钟；再降温至650-800℃，静置10-20分钟后进行浇铸，浇铸用钢制模具预先加热至150-300℃，制得镁合金铸锭。

在步骤S102中，热轧过程中，每轧一道次，回炉加热，取出下一块进行热轧。，铸锭初始厚度8mm，热轧至3mm，热轧总加工率为62.5%，退火后进行冷轧，在将3mm厚的合金板材粗轧至厚度分别为1.11mm，1.43mm，2mm，退火后，依次按照不同成品冷轧总加工率为10%，30%，50%三种方案将三种板材加工至厚度为1mm，热轧的开轧温度400℃，终轧温度350℃，依次按照不同成品冷轧总加工率为10%，30%，50%三种方案将三种板材加工至厚度为1mm，精轧后经过电火花线切割成拉伸试样。

镁合金中稀土元素的加入比例为30%Nd、60%Y、10%Sm或30%Nd、50%Y、20%Gd。

通过以下具体实施例对本发明做进一步的说明：

步骤一，按合金成分3-5wt%Al、1-2wt%Zn、2.0-5.0%wtCu、0.35-0.8wt%RE(Nd、Y、Sm、Gd)，1.2-1.8wt%Ti,杂质元素：Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt%，余量为Mg，配料并浇铸出合金。

镁合金中，以Al、Zn主要添加元素，采用Al为第一组分，因为Al密度小，且可热处理强化，在Mg固溶体中的极限固溶度为12.7wt%，在室温时的固溶度为2wt%，为保证合金得到良好的时效析出强化和固溶强化效果，Al的加入量选定为3-5w%；采用Zn为第二组分，Zn在Mg中最大固溶度为6.2wt%，但Zn含量超过2.5%时对防腐性能有负面影响，同时为避免合金密度增加太多，Zn含量一般控制在2wt%以下，Zn能提高应力腐蚀的敏感性，明显地提高镁合金的疲劳极限。采用RE、Ti作为微量合金化元素，通过弥散强化以提高合金的韧性和改善合金的工艺性能，铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化和时效强化效果。

步骤二，将熔炼好的Mg-Zn-Al-Cu合金铸锭进行均匀化处理，刨边去表面氧化皮后，进行热轧，热轧开轧温度400℃，终轧温度350℃，热轧过程中，每轧一道次，回炉加热，取出下一块进行热轧。铸锭初始厚度8mm，热轧至3mm，热轧总加工率为62.5%；热轧工艺参数见表1；

表1热轧工艺参数

完全退火后进行冷轧，先将3mm厚的合金板材粗轧至厚度分别为1.11mm，1.43mm，2mm，退火后，进行精轧，依次按照不同成品冷轧总加工率为10%，30%，50%三种方案将三种板材加工至厚度为1mm。不同方案具体冷轧工艺参数见表2，表3，表4；

表2方案一（冷轧工艺参数）

粗轧：

精轧（成品冷轧加工率50%）：

表3方案二（冷轧工艺参数）

粗轧

精轧（成品冷轧加工率30%）：

表4方案三（冷轧工艺参数）

粗轧

精轧（成品冷轧总加工率10%）：

步骤三，将冷轧后的试样，电火花切割成拉伸试样并进行465℃，1h的固溶处理，水淬，接着进行135℃、8h峰时效处理。

步骤四，对热处理后的合金板材进行单向拉伸试验及成形性能试验。

通过实验得到：当成品冷轧总加工率为30%时，综合力学性能最优，其中，极限抗拉强度σb=455.3MPa，屈服强度σs=349.4MPa，延伸率为δ=6.3%；在成品冷轧总加工率为10%时，成形性能最优，锥杯值CCV=50.1，最小相对弯径Rmin/t=3.2。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法，其特征在于，该方法包括：

步骤二：将熔炼好的Mg-Zn-Al-Cu合金铸锭进行均匀化热处理，刨边去表面氧化皮后，进行热轧；热轧过程中，每轧一道次，回炉加热，取出下一块进行热轧，铸锭初始厚度8mm，热轧至3mm，热轧总加工率为62.5%，完全退火后进行冷轧，在将3mm厚的合金板材粗轧至厚度分别为1.11mm，1.43mm，2mm的铸锭，退火后，进行精轧至1mm；

2.如权利要求1所述的Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法，其特征在于，在步骤一中，Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金的熔炼工艺为：将纯镁、铝、锌、铜、中间合金Mg-RE和Al-Ti先预热至100-180℃，然后将纯镁、铝锭、锌锭、铜锭置于CO₂和Ar混合气体保护的熔炉中熔化；熔化后在650-760℃保温25-45分钟，再升温至760-840℃加入Mg-RE、Al-Ti中间合金，待Mg-RE、Al-Ti中间合金熔化后将镁液升温至770-860℃保温30-50分钟；再降温至650-800℃，静置10-20分钟后进行浇铸，浇铸用钢制模具预先加热至150-300℃，制得镁合金铸锭。

3.如权利要求1所述的Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法，其特征在于，在步骤二中，热轧的开轧温度400℃，终轧温度350℃。

4.如权利要求1所述的Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法，其特征在于，在步骤二中，精轧依次按照不同成品冷轧总加工率为10%，30%，50%三种方案将三种板材加工至厚度为1mm，后经过电火花线切割成拉伸试样。

5.如权利要求1所述的Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法，其特征在于，在步骤四中，成形性能试验包括锥杯试验和弯曲试验。

6.如权利要求1所述的Mg-Zn-Al-Cu系超高强镁合金板材制备方法，其特征在于，镁合金中稀土元素的加入比例为30%Nd、60%Y、10%Sm或30%Nd、50%Y、20%Gd。