CN107937780B - 一种高性能镁合金板材及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能镁合金板材，各组分及其重量百分数为：Al为0.1‑1.0％，Sn为0.1‑1.0％，Ca为0.1‑1.0％，余量为Mg和不可避免的杂质。本发明摒弃了传统镁合金板材制备工艺中加入大量的如Y、Ce、Gd等的稀土元素，而是通过Mg与普通微量元素Al、Sn和Ca均匀混合制备镁合金板材，具备良好的综合性能，同时降低了镁合金板材的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种高性能镁合金板材及制备方法。
背景技术
镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金，其特点是密度小、强度高、弹性模量大、散热好、消震性好以及承受冲击载荷能力比铝合金大，还具有较好良好的耐蚀性。目前，对于镁合金板材，可通过一次挤压成型制备，但其晶粒粗大和织构强，都不利于板材后期二次加工成型。此外，大部分变形镁合金提高其性能，如强度、塑性及成形性，通常采用加入稀土元素和大塑性变形的方法，但其成本昂贵、织构强、加工复杂和生产率低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种高性能镁合金板材及制备方法，可获得良好的晶粒尺寸和织构特征，保证了镁合金板材的综合性能，降低了制造成本。
本发明提供了一种高性能镁合金板材，各组分及其重量百分数为：Al为0.1-1.0％，Sn为0.1-1.0％，Ca为0.1-1.0％，余量为Mg和不可避免的杂质。
优选地，高性能镁合金板材的各组分及其重量百分数为：Al为0.1-0.6％，Sn为0.1-0.6％，Ca为0.1-0.6％，余量为Mg和不可避免的杂质。
优选地，高性能镁合金板材的各组分及其重量百分数为：Al为0.1-0.4％，Sn为0.1-0.4％，Ca为0.1-0.4％，余量为Mg和不可避免的杂质。
本发明还提供了一种高性能镁合金板材的制备方法，使用权利要求1至3任一项所述的低成本高性能镁合金板材，包括如下步骤：
S1：按照镁合金板材的原料比例混合均匀；
S2：将混合均匀的原料投入保护气氛熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为690℃-720℃，保温5min-20min，然后浇铸成φ130mm的铸锭；
S3：将浇注后的铸锭放入热处理炉中进行热处理，热处理温度为100℃-400℃，保温时间1-10小时，获得组织为单相固溶体的铸锭；
S4：将单相固溶体铸锭放入挤压设备中进行挤压，挤压温度为80℃-300℃，获得镁合金板材成品。
优选地，步骤S3中，热处理的保温时间4-6小时。
本发明的有益效果：
本发明摒弃了传统镁合金板材制备工艺中加入大量的如Y、Ce、Gd等的稀土元素，而是通过Mg与普通微量元素Al、Sn和Ca均匀混合制备镁合金板材，显著提高了镁合金板材的综合性能，同时也使得加入的微量元素的成本得到了有效地控制。
具体实施方式
下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明公开了一种高性能镁合金板材，各组分及其重量百分数为：Al为0.1-1.0％，Sn为0.1-1.0％，Ca为0.1-1.0％，余量为Mg和不可避免的杂质。本发明摒弃了传统镁合金板材制备工艺中加入大量的如Y、Ce、Gd等的稀土元素，虽然可显著提高镁合金板材的强度，但是这些稀土元素的价格昂贵，熔炼工艺也比较复杂。本发明通过Mg与普通微量元素Al、Sn和Ca均匀混合制备镁合金板材，简化了熔炼工艺，使得加入的微量元素的成本得到了有效地控制，同时镁合金板材内部组织获得了良好的晶粒尺寸，弱化了织构组织，显著提高了镁合金板材的综合性能。
本实施例中，高性能镁合金板材的各组分及其重量百分数为：Al为0.1-0.6％，Sn为0.1-0.6％，Ca为0.1-0.6％，余量为Mg和不可避免的杂质。通过进一步控制普通微量元素Al、Sn和Ca的用量，使得镁合金板材内的各组分更加精确，使镁合金板材的晶粒更加均匀，提高了镁合金板材综合性能的稳定性。
本实施例中，高性能镁合金板材的各组分及其重量百分数为：Al为0.1-0.4％，Sn为0.1-0.4％，Ca为0.1-0.4％，余量为Mg和不可避免的杂质。通过精细控制普通微量元素Al、Sn和Ca的用量，使得镁合金板材内的各组分更加精确，获得晶粒尺寸更加均匀的镁合金板材，进一步提高了镁合金板材综合性能的稳定性。
本发明还提供了一种高性能镁合金板材的制备方法，使用权利要求1至3任一项所述的低成本高性能镁合金板材，包括如下步骤：
S1：按照镁合金板材的原料比例混合均匀；
S2：将混合均匀的原料投入保护气氛熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为690℃-720℃，保温5min-20min，然后浇铸成φ130mm的铸锭；
S3：将浇注后的铸锭放入热处理炉中进行热处理，热处理温度为100℃-400℃，保温时间1-10小时，获得组织为单相固溶体的铸锭；
S4：将单相固溶体铸锭放入挤压设备中进行挤压，挤压温度为80℃-300℃，获得镁合金板材成品。
在制备镁合金板材过程中，通过对熔炼温度和保温时间，热处理温度和保温时间，以及挤压温度和挤压速度的控制，使得按照前述配比的镁合金板材的原料在该生产工艺下，能够获得各方面性能优良的镁合金板材。而热处理过程中获得的单相固溶体是指溶质原子完全溶解于固态金属溶剂中形成的合金相，可显著提高镁合金板材的机械性能、抗腐蚀性能和压力加工性能。而且，步骤S3中，热处理的保温时间4-6小时。通过进一步精确热处理的保温时间，使得浇注后的铸锭在热处理的过程中其内部的组织更加均匀化，从而提高了镁合金板材的性能。
具体的，通过一个例子来表明，其中镁合金板材的各组分及其重量百分数为：Al为0.1-0.4％，Sn为0.1-0.4％，Ca为0.1-0.4％，余量为Mg和不可避免的杂质，该镁合金板材按照前述制备方法制备成板材，板材的宽度为100mm，厚度为1mm。通过相关试验设备检测发现，熔炼浇注后的铸锭的晶粒尺寸为396μm-404μm；挤压成板材后的延伸率为26-30％，抗拉强度为306MPa-312MPa，屈服强度为182MPa-196MPa，晶粒尺寸为2.2μm-3.4μm，n值(硬化指数)为0.25，r值(塑性应变比)为0.96，杯突深度为8.2mm。从检测数据表明，本发明通过加入微量元素Al、Sn和Ca制备出的镁合金板材，具备良好的综合性能，同时降低了镁合金板材的制造成本。
最后应说明的是：以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (2)
1.一种高性能镁合金板材的制备方法，其特征在于，各组分及其重量百分数为：Al为0.1-0.4％，Sn为0.1-0.4％，Ca为0.1-0.4％，余量为Mg和不可避免的杂质，所述方法包括如下步骤：
S1：按照镁合金板材的原料比例混合均匀；
S2：将混合均匀的原料投入保护气氛熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为690℃-720℃，保温5min-20min，然后浇铸成φ130mm的铸锭；
S3：将浇注后的铸锭放入热处理炉中进行热处理，热处理温度为100℃-400℃，保温时间1-10小时，获得组织为单相固溶体的铸锭；
S4：将单相固溶体铸锭放入挤压设备中进行挤压，挤压温度为80℃-300℃，获得镁合金板材成品。
2.根据权利要求1所述的高性能镁合金板材的制备方法，其特征在于：步骤S3中，热处理的保温时间4-6小时。
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