CN113355573A - 一种高强度高耐蚀稀土镁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度高耐蚀稀土镁合金板材及其制备方法，按照质量百分比计，高强度高耐蚀稀土镁合金板材的成分包括：铝：6％‑8％，重稀土元素：0.4％‑0.6％，锰：0.2％‑0.5％，轻稀土元素：0.2％‑0.6％，其余为镁，本发明的制备方法中，将原料混合加热至750℃‑780℃保温15min‑20min，然后降温至720℃‑730℃静置5min‑10min，采用半连续浇铸法得到镁合金铸锭，将铸锭在380℃‑410℃进行8‑12h的固溶处理后去皮得到热处理铸棒，对热处理铸棒进行预挤压，对挤压后的板材进行热轧，单次压下量8％‑10％轧制变形，轧制道次为9‑11次，将轧制板材进行退火处理得到高强度高耐蚀稀土镁合金板材，本发明中的稀土镁合金板材具有高强度高耐蚀且成本低的优点，其制备方法流程简便，效率高，成品率高。

Description

一种高强度高耐蚀稀土镁合金及其制备方法

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，涉及一种高强度高耐蚀稀土镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是目前工程应用中最轻的结构材料，同时具有高的比强度、比模量，良好的铸造及机加工性能，因此具有广泛的应用前景。但是相对于铝合金，镁合金的强度仍然较低。对于轧制板材来讲，商用化的AZ31板材强度仅为180MPa左右。而AZ91往往用于制备高强度压铸件，若将其用于制备轧板，往往会存在加工边沿开裂，造成成品率低的状况，不适用于制备宽幅轧板。部分资料报道AZ91D板材的屈服强度甚至低于AZ31B轧板。鉴于现有的镁合金材料强度还不够高，因此亟需提出一种新的镁合金及其制备方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高强度高耐蚀稀土镁合金及其制备方法，该一种高强度高耐蚀稀土镁合金具有高强度高耐蚀的特点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种高强度高耐蚀稀土镁合金，按照质量百分比计，其成分包括：

铝：6％-8％，重稀土元素：0.4％-0.6％，锰：0.2％-0.5％，轻稀土元素：0.2％-0.6％，其余为镁。

优选的，重稀土元素采用钇和钆的混合物，其中，钇的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.2％-0.3％，钆的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.2％-0.3％。

优选的，轻稀土元素采用镧、铈和钕的混合物，其中，镧的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％，铈的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％，钕的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％。

本发明还提供了一种高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，包括如下过程：

将高强度高耐蚀稀土镁合金的原料进行熔炼、浇铸，得到铸锭，其中，按照质量百分比计，高强度高耐蚀稀土镁合金的原料包括：铝：6％-8％，重稀土元素：0.4％-0.6％，锰：0.2％-0.5％，轻稀土元素：0.2％-0.6％，其余为镁；

将铸锭进行固溶处理并挤压为预挤压板材；

将预挤压板材轧制成型，得到板材；

对板材进行去应力退火，得到所述高强度高耐蚀稀土镁合金板材。

优选的，高强度高耐蚀稀土镁合金的原料的熔炼温度为750-780℃，熔炼时添加用于防止氧化的覆盖剂，待原料完全熔化后，将合金液降温至720℃-730℃并静置5-10min，之后进行浇铸。

优选的，将铸锭挤压为预挤压板材前，铸锭于380℃-410℃下保温8-12h，之后对铸锭表面进行去皮，再将去皮后的铸锭挤压为板坯，挤压时的挤压温度为280～320℃，挤压比为5～8。

优选的，将预挤压板材轧制成型前，将挤压板材在300～350℃下保温4-6h进行固溶处理，固溶处理结束后进行轧制，轧制时的单次压下量为8％-10％，轧制道次为9-11次，轧制温度为280-320℃，轧制速度为30-40r/min。

优选的，对板材进行去应力退火时，退火温度为160-180℃，退火时间为2-6h。

优选的，重稀土元素采用钇和钆的混合物，其中，钇的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.2％-0.3％，钆的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.2％-0.3％。

优选的，轻稀土元素采用镧、铈和钕的混合物，其中，镧的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％，铈的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％，钕的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％。

本发明具有如下有益效果：

本发明高强度高耐蚀稀土镁合金的成分中，含有重稀土元素和轻稀土元素，利用轻重稀土元素在镁中不同作用效果，协同提升镁合金强度和塑性。微量(即含量为0.4％-0.6％)重稀土元素分布于基体，改变了溶质原子与镁原子之间的结合能，增加了非基面滑移系的开动能力，增加镁合金中滑移系的数量，提升了镁合金的塑性；轻稀土元素是为了改善析出相β的形态，使其更加细小并弥散分布于晶界上，从而进一步提高镁合金的强度。稀土元素的添加去除了熔炼过程中的杂质元素，使得镁合金棒材的质量得到提升，同时减少了高Al含量的合金在加工中出现开裂的现象。并且稀土元素可以细化晶粒，从而促进镁合金表面形成白色致密的腐蚀产物膜，继而阻止镁合金继续腐蚀氧化，提高了镁合金的耐腐蚀性能。

本发明高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法中，将铸锭挤压为预挤压板材，能够引入大量位错/亚晶界，在轧制时大幅度增加更多的形核质点，细化晶粒，同时提升合金强度和塑性。

附图说明

图1是本发明实施例获得的高强度高耐蚀稀土镁合金板材与现有的镁合金板材屈服强度以及延伸率的对比图；

图2是本发明实施例获得的高强度高耐蚀稀土镁合金板材与现有的商业镁合金板材的极化曲线对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。

本发明高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按质量百分比分别称取：铝：6％-8％，钇和钆的混合物：0.4％-0.6％，锰：0.2％-0.5％，镧、铈和钕的混合物：0.2％-0.6％，其余为镁；其中，钇的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.2％-0.3％，钆的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.2％-0.3％，镧的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％，铈的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％，钕的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入熔炼炉内，添加覆盖剂与精炼剂保护，加热升温至750-780℃，得到熔融液，将熔融液降温至720℃-730℃并静置5-10min，浇铸得到半连续镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的半连续镁合金铸锭在380℃-410℃条件下保温8-12h进行固溶处理，然后将固溶处理后的镁合金铸棒去皮得热处理铸棒；

步骤4，将步骤3中得到的热处理铸棒进行预挤压，挤压温度为280～320℃，挤压比为5～8，得到宽度为200mm，厚度为20mm的镁合金预挤压板材；

步骤5，将步骤4中得到的预挤压板材在300～350℃预热4-6h，使得材料易于变形，防止开裂；

步骤6，将步骤5中得到的板材进行单次压下量8％-10％的轧制变形，轧制道次为9-11次，轧制温度为280-320℃，轧辊转速为30-40r/min；

步骤7，将步骤6得到的轧制板材在160-180℃下进行2～6h退火处理得到高强度高耐蚀稀土镁合金板材。

在本发明高强度高耐蚀镁合金板材的制备方法中：

步骤2中对原材料中添加覆盖剂与精炼剂保护，进行升温至750-780℃并保温15-20min，是为了将原料进行熔融，六氯化镁、氯化钠和氯化钾混合的覆盖剂是为了防止镁合金熔体发生氧化反应，将熔融液降温至720-730℃并保温5-10min是为了避免由于温度过高导致浇铸时造成获得的组织粗大，加热模具的作用是为了防止镁合金冷却过程中发生开裂；

步骤3中进行固溶处理是为了将铸态合金中的第二相最大程度的溶解于基体中，使合金元素均匀分布于基体中。

步骤4中采用多道次小压下量轧制是为了防止镁合金在轧制变形过程中由于成型性能差导致合金边沿开裂，同时轧制变形过程中选用轧辊转速为30-40r/min，能够显著提高生产效率。

实施例1

本实施例高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按重量百分比分别称取铝：6％、钇和钆的混合物：0.4％、锰：0.2％、镧、铈和钕的混合物：0.2％，其余为镁；其中，钇的含量为0.2％，钆的含量为0.2％；镧的含量为0.05％，铈的含量为0.05％，钕的含量为0.1％；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入熔炼炉内，添加覆盖剂与精炼剂保护，加热升温至750℃得到熔融液保温15min，将熔融液降温至720℃并静置5min，浇铸得到半连续镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的半连续镁合金铸锭在380℃条件下保温8h，然后将固溶处理后的镁合金铸棒去皮得热处理铸棒；

步骤4，将步骤3中得到的热处理铸棒进行预挤压，挤压温度为280℃，挤压比为5，得到镁合金预挤压板材；

步骤5，将步骤4中得到的镁合金预挤压板材在300℃进行4h的预热；

步骤6，将步骤5中得到的板材进行单次压下量8％的轧制变形，轧制道次为11次，轧制温度为280℃，轧辊转速为30r/min；

步骤7，将步骤6得到的轧制板材在160℃下进行2h得到高强度高耐蚀稀土镁合金板材。

本实施例得到的高强度高耐蚀稀土镁合金板材如图1和图2所示。

实施例2

本实施例高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按重量百分比分别称取铝：6.5％、钇和钆的混合物：0.45％、锰：0.3％、镧、铈和钕的混合物：0.25％，其余为镁；其中，钇的含量为0.23％，钆的含量为0.22％；镧的含量为0.1％，铈的含量为0.1％，钕的含量为0.05％；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入熔炼炉内，添加覆盖剂与精炼剂保护，加热升温至760℃得到熔融液保温17min，将熔融液降温至723℃并静置7min，浇铸得到半连续镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的半连续镁合金铸锭在390℃条件下保温9h，然后将固溶处理后的镁合金铸棒去皮得热处理铸棒；

步骤4，将步骤3中得到的热处理铸棒进行预挤压，挤压温度为290℃，挤压比为6，得到镁合金预挤压板材；

步骤5，将步骤4中得到的镁合金预挤压板材在315℃进行5h的预热；

步骤6，将步骤5中得到的板材进行单次压下量9％的轧制变形，轧制道次为10次，轧制温度为290℃，轧辊转速为35r/min；

步骤7，将步骤6得到的轧制板材在170℃下进行3h得到高强度高耐蚀稀土镁合金板材。

本实施例得到的高强度高耐蚀稀土镁合金板材如图1和图2所示。

实施例3

本实施例高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按重量百分比分别称取铝：7％、钇和钆的混合物：0.5％、锰：0.4％、镧、铈和钕的混合物：0.35％，其余为镁；其中，钇的含量为0.25％，钆的含量为0.25％；镧的含量为0.15％，铈的含量为0.15％，钕的含量为0.05％；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入熔炼炉内，添加覆盖剂与精炼剂保护，加热升温至770℃得到熔融液保温19min，将熔融液降温至726℃并静置9min，浇铸得到半连续镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的半连续镁合金铸锭在400℃条件下保温10h，然后将固溶处理后的镁合金铸棒去皮得热处理铸棒；；

步骤4，将步骤3中得到的热处理铸棒进行预挤压，挤压温度为300℃，挤压比为7，得到镁合金预挤压板材；

步骤5，将步骤4中得到的镁合金预挤压板材在330℃进行5.5h的预热；

步骤6，将步骤5中得到的板材进行单次压下量10％的轧制变形，轧制道次为9次，轧制温度为300℃，轧辊转速为37r/min；

步骤7，将步骤6得到的轧制板材在175℃下进行5h退火处理得到高强度高耐蚀稀土镁合金板材。

实施例4

本实施例高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按重量百分比分别称取铝：8％、钇和钆的混合物：0.6％、锰：0.5％、镧、铈和钕的混合物：0.6％，其余为镁；其中，钇的含量为0.3％，钆的含量为0.3％；镧的含量为0.2％，铈的含量为0.2％，钕的含量为0.2％；

步骤2，将步骤1称取的原材料放入熔炼炉内，添加覆盖剂与精炼剂保护，加热升温至780℃，得到熔融液，将熔融液降温至730℃并静置10min，浇铸得到半连续镁合金铸锭；

步骤3，将步骤2制备的半连续镁合金铸锭在410℃条件下保温12h，然后将固溶处理后的镁合金铸棒去皮得热处理铸棒；；

步骤4，将步骤3中得到的热处理铸棒进行预挤压，挤压温度为320℃，挤压比为8，得到镁合金预挤压板材；

步骤5，将步骤4中得到的镁合金预挤压板材在350℃预热6h；

步骤6，将步骤5中得到的板材进行单次压下量10％的轧制变形，轧制道次为9次，轧制温度为320℃，轧辊转速为40r/min；

步骤7，将步骤6得到的轧制板材在180℃下进行6h退火处理得到高强度高耐蚀稀土镁合金板材。

本实施例得到的高强度高耐蚀稀土镁合金板材如图1和图2所示，如图1中可以看出：与现有的商业镁合金相比，在延伸率的几乎相同情况下，本发明中的镁合金板材屈服强度和抗拉强度明显高于现有镁合金板材的屈服强度和抗拉强度；

如图2中可以看出：随着时间的变化，现有的镁合金AZ31B，具有较低的电极电位，而本发明镁合金的电极电位明显高于现有的商用镁合金，表明本发明合金具有高的抗腐蚀性能。

本发明提出利用高含量铝提升材料强度，同时利用稀土改善材料质量及耐蚀性及的方案，对所涉及合金进行预挤压处理后轧制，制备出一种高强度且高耐蚀稀土镁合金板材，材料成本与AZ91相当，且制备工艺易于工业化，可大幅度拓展高强高耐蚀镁合金板材的应用范围，这对于轨道交通运输、航空航天等领域用镁合金板材以实现结构轻量化具有非常重要的意义。

Claims (10)

1.一种高强度高耐蚀稀土镁合金，其特征在于，按照质量百分比计，其成分包括：

铝：6％-8％，重稀土元素：0.4％-0.6％，锰：0.2％-0.5％，轻稀土元素：0.2％-0.6％，其余为镁。

2.根据权利要求1所述的一种高强度高耐蚀稀土镁合金，其特征在于，重稀土元素采用钇和钆的混合物，其中，钇的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.2％-0.3％，钆的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.2％-0.3％。

3.根据权利要求1所述的一种高强度高耐蚀稀土镁合金，其特征在于，轻稀土元素采用镧、铈和钕的混合物，其中，镧的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％，铈的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％，钕的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金质量的0.05％-0.2％。

4.一种高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

将高强度高耐蚀稀土镁合金的原料进行熔炼、浇铸，得到铸锭，其中，按照质量百分比计，高强度高耐蚀稀土镁合金的原料包括：铝：6％-8％，重稀土元素：0.4％-0.6％，锰：0.2％-0.5％，轻稀土元素：0.2％-0.6％，其余为镁；

将铸锭进行固溶处理并挤压为预挤压板材；

将预挤压板材轧制成型，得到板材；

对板材进行去应力退火，得到高强度高耐蚀稀土镁合金板材。

5.根据权利要求4所述的一种高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，其特征在于，高强度高耐蚀稀土镁合金的原料的熔炼温度为750-780℃，熔炼时添加用于防止氧化的覆盖剂，待原料完全熔化后，将合金液降温至720℃-730℃并静置5-10min，之后进行浇铸。

6.根据权利要求4所述的一种高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，其特征在于，铸锭固溶处理的温度为380℃-410℃，时间为8-12h，固溶处理之后对铸锭表面进行去皮，再将去皮后的铸锭挤压为板坯，挤压时的挤压温度为280～320℃，挤压比为5～8。

7.根据权利要求4所述的一种高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，其特征在于，将预挤压板材轧制成型前，将挤压板材在300～350℃下保温4-6h进行固溶处理，固溶处理结束后进行轧制，轧制时的单次压下量为8％-10％，轧制道次为9-11次，轧制温度为280-320℃，轧制速度为30-40r/min。

8.根据权利要求4所述的一种高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，其特征在于，对板材进行去应力退火时，退火温度为160-180℃，退火时间为2-6h；。

9.根据权利要求4所述的一种高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，其特征在于，重稀土元素采用钇和钆的混合物，其中，钇的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金板材质量的0.2％-0.3％，钆的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金板材质量的0.2％-0.3％。

10.根据权利要求4所述的一种高强度高耐蚀稀土镁合金板材的制备方法，其特征在于，轻稀土元素采用镧、铈和钕的混合物，其中，镧的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金板材质量的0.05％-0.2％，铈的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金板材质量的0.05％-0.2％，钕的含量为高强度高耐蚀稀土镁合金板材质量的0.05％-0.2％。

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