CN107475590B

CN107475590B - 一种高强高塑性铸造镁合金及其制备方法

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Publication number: CN107475590B
Application number: CN201710718991.0A
Authority: CN
Inventors: 鲁若鹏; 武立; 赵宇宏; 丁志兵; 程鹏; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: North University of China
Current assignee: SHANXI REGAL METAL NEW MATERIAL Co.,Ltd.
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2019-08-13
Anticipated expiration: 2037-08-21
Also published as: CN107475590A

Abstract

本发明一种高强高塑性铸造镁合金及其制备方法，属于复合材料技术领域；所要解决的技术问题是提供了一种高强高塑性铸造镁合金及其制备方法；解决该技术问题采用的技术方案为：一种高强高塑性铸造镁合金，所述镁合金由下述重量百分含量的元素组成：Zn 3‑6%、Y 8‑11%、Ca 0.4‑0.6%、Mn 0.5‑1.5%，杂质＜0.1%，余量为Mg；所述元素Y和Zn的重量比为1.6‑2.5：1；本发明通过合理控制合金成分和熔炼工艺，无需热处理工艺，就能获得高的强度与塑性；本发明工艺简单，可移植性强，且容易操作；本发明可广泛应用于航空航天、轨道交通、纺织工艺领域。

Description

一种高强高塑性铸造镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金及其制备方法，具体涉及一种高强高塑性铸造镁合金及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

航空航天、新型武器装备及现代工业发展中对结构轻量化提出了迫切的要求。因此，镁及其合金作为最轻的常用金属结构材料，已受到人们越来越多的关注，并已在国防军工、航空航天、高速轨道交通、电子通讯等领域得到了一定程度的应用。但是，由于镁合金强度低，还难以大量应用于承载结构件，尤其是变形镁合金的应用量仍远远落后于钢铁和铝合金，其室温力学性能明显不足，已经严重的制约了其进一步的应用。

日本学者在“Plastic Deformation Behavior of Mg₉₇Zn₁Y₂ Extruded Alloys”（58 (2010) 6282–6293.）一文提到稀土镁合金中可形成长周期堆垛相，有利于合金的力学性能，有明显的强化效果。在国内CN 101805864 B中公开了“高阻尼高强Mg-Cu-Mn-Zn-Y”合金，其为Mg-Cu-Mn合金中加入Zn和Y元素，使Mg、Zn、Y在合金中形成准晶和/或长周期相，这些准晶或长周期相会能有效提高镁合金的强度和阻尼性能，在变形处理后，其力学性能可大幅提高。CN201110331370公开了Mg-Gd-Y-Zn-Y系列高强变形镁合金，通过准晶相、LPS0相和纳米析出相的复合强韧化显著提高合金的力学性。

稀土镁合金具有高强度，并有良好的高温稳定性，因此得到了极大的关注。但大多是集中在变形镁合金研究，同时当前所开发的一些列铸造稀土镁合金中，其塑性往往低于5%，无法满足军工及民用的应用要求。因此，需求一种具有高强高塑性的铸造镁合金，以满足当前国防军工及民用工业等对轻量化的需求。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种高强高塑性铸造镁合金及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明中采用通过控制合金成分和常规熔炼工艺，无需热处理工艺，就能获得高的强度与塑性。本发明工艺简单，可移植性强，且容易操作，适用于砂型铸造、金属型铸造、压力铸造等方式制备，可应用于航空航天、轨道交通、纺织工艺等领域的工业化生产。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高强高塑性铸造镁合金，所述镁合金由下述重量百分含量的元素组成：Zn 3-6%、Y 8-11%、Ca 0.4-0.6%、Mn 0.5-1.5%，杂质＜0.1%，余量为Mg。

所述元素Y和Zn的重量比为1.6-2.5：1。

进一步地，所述镁合金由下述重量百分含量的元素组成：Zn 5.13%、Y 9.75%、Ca0.53%、Mn 1.34%，杂质＜0.1%，余量为Mg。

本发明不可避免的杂质元素成份为：Si、Fe、Al，不可避免杂质的重量百分含量≤0.1%。

一种高强高塑性铸造镁合金的制备方法，包括下述步骤：按照各元素的重量百分含量Zn 3-6%、Y 8-11%、Ca 0.4-0.6%、Mn 0.5-1.5%进行配料，置于真空熔炼炉中熔炼后用低碳钢金属模具浇注得到合金铸锭；在熔炼过程中通入氩气进行保护。

上述制备方法中，所述元素Zn、Y、Ca、Mn分别以纯Zn、Mg-Y中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-Mn中间合金为原料；所述Mg-Y中间合金中Y的质量分数为30%，Mg-Ca中间合金中Ca的质量分数为30%，Mg-Mn中间合金中Mn的质量分数为3%。

浇注前将低碳钢金属模具预热到250℃，然后在模具内壁喷上速干性高温润滑脱模剂。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明的中主要第二相为长周期堆垛相，它是一种由稀土元素和过渡族元素在镁基体中长周期有序排列形成的特殊相或结构，是镁合金中的有效强化相。长周期堆垛相与镁合金基体之间呈现共格或半共格界面，因此在受力过程中不易萌生裂纹，造成塑性的恶化。

2、本发明结合了微合金化技术，引入了微量的Ca元素和Mn元素，不但可以细化晶粒，提高合金的强度，还会有效的阻碍第二相的长大，可避免合金中形成大块第二相，从而造成材料受力时提前断裂。

3、合金中过剩的Mn分布于晶界处，由于其表面活性，它可以促进稀土原子向镁基体中扩散，并在凝固过程中结晶前沿富集而阻止了三元相的生长，促使半连续网状的三元相改变为断续状，改善合金的铸造性能。

4、实际生产中，大型铸件、压铸件及某些特种铸件难以进行热处理，并且现有的铸造镁合金强度较低，而目前所开发的稀土铸造镁合金强度虽然高，但塑性偏低。本发明镁合金不但具有高强度而且具有良好的塑性，而且无需热处理就可获得高强高塑性的特性，方案简单易行，试验参数控制方便，满足材料在实际应用中的需求。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明实施例1中铸造镁合金的金相图。

图2为本发明实施例1-4中铸造镁合金的力学性能图。

图3为本发明实施例4中铸造镁合金的金相图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

按照重量百分含量Zn 4.26%，Y 9.26%，Ca 0.48%，Mn 0.44%，配比合金，在真空熔炼炉中熔炼铸锭，并通入氩气进行保护。其中，Zn、Y分别以纯Zn、Mg-Y中间合金、Mg-Ca中间合金和Mg-Mn中间合金的形式加入；Mg-Y中间合金中Y的质量分数为30%，Mg-Ca中间合金中Ca的质量分数为30%，Mg-Mn中间合金中Mn的质量分数为3%。在820℃保温并电磁感应搅拌使原料充分熔化，待合金全部熔化后继续在750℃静置保温5分钟。同时，将低碳钢金属模具预热到250℃，然后在模具内壁喷上速干性高温润滑脱模剂，然后进行浇注，从而获得制备的试样。图1为本实施例中铸造镁合金的金相图。

对该合金性能进行抗拉力学性能测试，检测结果表明该合金具有良好的力学性能（图2），其抗拉强度为258MPa，屈服强度为193Mpa，延伸率为6.2%。

实施例2：

按照重量百分含量Zn 4.47%，Y 9.31%，Ca 0.51%，Mn 0.66%，配比合金，在真空熔炼炉中熔炼铸锭，并通入氩气进行保护，具体工艺如同实施例1。

对该合金性能进行抗拉力学性能测试，检测结果表明该合金具有良好的力学性能（图2），其抗拉强度为270MPa，屈服强度为205Mpa，延伸率为6.9%。

实施例3：

按照重量百分含量Zn 4.89%，Y 9.62%，Ca 0.49%，Mn 1.02%，配比合金，在真空熔炼炉中熔炼铸锭，并通入氩气进行保护，具体工艺如同实施例1。

对该合金性能进行抗拉力学性能测试，检测结果表明该合金具有良好的力学性能，其抗拉强度为291MPa，屈服强度为220Mpa，延伸率为10.2%。

实施例4：

按照重量百分含量Zn 5.13%，Y 9.75%，Ca 0.53%，Mn 1.34%，配比合金，在真空熔炼炉中熔炼铸锭，并通入氩气进行保护，具体工艺如同实施例1。图3为本实施例中铸造镁合金的金相图。

对该合金性能进行抗拉力学性能测试，检测结果表明该合金具有良好的力学性能（图2），其抗拉强度为302MPa，屈服强度为218Mpa，延伸率为11.3%。

实施例5：

按照重量百分含量Zn 5%，Y 8%，Ca 0.4%，Mn 1.2%，配比合金，在真空熔炼炉中熔炼铸锭，并通入氩气进行保护，具体工艺如同实施例1。

实施例6：

按照重量百分含量Zn 3%，Y 8%，Ca 0.6%，Mn 0.5%，配比合金，在真空熔炼炉中熔炼铸锭，并通入氩气进行保护，具体工艺如同实施例1。

实施例7：

按照重量百分含量Zn 6%，Y 11%，Ca 0.57%，Mn 1.5%，配比合金，在真空熔炼炉中熔炼铸锭，并通入氩气进行保护，具体工艺如同实施例1。

实施例8：

按照重量百分含量Zn 4.2%，Y 10.5%，Ca 0.47%，Mn 1.34%，配比合金，在真空熔炼炉中熔炼铸锭，并通入氩气进行保护，具体工艺如同实施例1。

从附图中可以看出，本发明中铸造Mg-Zn-Y-Ca-Mn合金主要由镁相和长周期相组成，晶界处为块状长周期相，并且随着元素的添加，晶粒进一步细小。该合金表现出优良的抗拉强度及延伸率，并且方案简单易行，试验参数控制方便，满足材料在实际应用中的需求。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种高强高塑性铸造镁合金，其特征在于，所述镁合金由下述重量百分含量的元素组成：Zn 3-6%、Y 8-11%、Ca 0.4-0.6%、Mn 0.5-1.5%，杂质＜0.1%，余量为Mg；所述元素Y和Zn的重量比为1.6-2.5：1；

所述的一种高强高塑性铸造镁合金采用如下方法制备：

按照各元素的重量百分含量Zn 3-6%、Y 8-11%、Ca 0.4-0.6%、Mn 0.5-1.5%进行配料，置于真空熔炼炉中熔炼后用低碳钢金属模具浇注得到合金铸锭；

所述元素Zn、Y、Ca、Mn分别以纯Zn、Mg-Y中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-Mn中间合金为原料；所述Mg-Y中间合金中Y的质量分数为30%，Mg-Ca中间合金中Ca的质量分数为30%，Mg-Mn中间合金中Mn的质量分数为3%；在820℃保温并电磁感应搅拌使原料充分熔化，待合金全部熔化后继续在750℃静置保温5分钟，同时，将低碳钢金属模具预热到250℃，然后在模具内壁喷上速干性高温润滑脱模剂，然后进行浇注得到合金铸锭，在熔炼过程中通入氩气进行保护。

2.根据权利要求1所述的一种高强高塑性铸造镁合金，其特征在于，所述镁合金由下述重量百分含量的元素组成：Zn 5.13%、Y 9.75%、Ca 0.53%、Mn 1.34%，杂质＜0.1%，余量为Mg。