CN118048565A - 高伸长率稀土镁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种高伸长率稀土镁合金及其制备方法，其中所述高伸长率稀土镁合金包含以下重量百分含量的成分：钕0.5％～2％，锆0％～0.5％，其余为镁和不可避免的杂质。本申请所述的高伸长率稀土镁合金及其制备方法能够有效地提升镁合金的室温成型性和综合力学性能。

Description

高伸长率稀土镁合金及其制备方法

技术领域

本申请涉及镁合金技术领域，具体涉及一种高伸长率稀土镁合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是绿色轻质金属结构材料。纯镁的密度为1.74g/cm³，相当于铝的2/3，钢的1/4。作为一种轻质金属，镁在过去二十年中因其在结构应用中替代铝和钢的潜力而受到广泛关注。

然而，镁及其合金的广泛使用仍然受到限制，主要是因为它们的室温塑性差以及由此导致的热机械加工成本高，难以制备形状复杂的结构件。镁的低塑性源于其较少的滑移系以及热变形过程中形成的强织构。以目前应用最广泛的Mg-Al-Zn系AZ31镁合金为例，抗拉强度约为200～260MPa，但均匀伸长率通常低于12％，无法在室温下承受大变形加工。虽然目前有一些现有技术能够实现高伸长率的镁合金，然而其所需的稀土元素含量较高，不利于降低生产成本。

发明内容

本申请的目的在于提供一种高伸长率稀土镁合金及其制备方法，能够有效地提升镁合金的室温成型性和力学性能。

为实现上述目的，本申请的技术方案提供一种高伸长率稀土镁合金，包含以下重量百分含量的成分：钕0.5％～2％，锆0％～0.5％，其余为镁和不可避免的杂质。

在本申请的一些实施例中，所述钕与所述锆的重量比为(3～6):1。

在本申请的一些实施例中，所述不可避免的杂质包括铁、镍、铜和硅中的至少一种，其中所述铁、所述镍及所述硅分别在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.05％，所述铜在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.005％。

本申请还提供一种高伸长率稀土镁合金的制备方法，包括：制备镁合金铸锭，所述镁合金铸锭包含以下重量百分含量的成分：钕0.5％～2％，锆0％～0.5％，其余为Mg和不可避免的杂质；对所述镁合金铸锭进行均匀化热处理和淬火，得到均匀化铸锭；将所述均匀化铸锭预热后进行成型加工，得到所述高伸长率稀土镁合金。

在本申请的一些实施例中，在所述镁合金铸锭中，所述钕与所述锆的重量比为(3～6):1；和/或，所述不可避免的杂质包括铁、镍、铜和硅中的至少一种，其中所述铁、所述镍及所述硅分别在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.05％，所述铜在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.005％。

在本申请的一些实施例中，所述镁合金铸锭的制备方法包括：制备纯镁和镁钕中间合金的第一混合熔体，或者制备纯镁、镁钕中间合金及镁锆中间合金的第二混合熔体；将所述第一混合熔体或所述第二混合熔体升温至750℃～760℃进行搅拌、精炼除气、除渣和保温静置，得到镁合金熔体；将所述镁合金熔体降温至710℃～720℃并进行浇铸，得到所述镁合金铸锭。

在本申请的一些实施例中，所述镁合金铸锭的制备方法至少满足以下一条：(1)将纯镁锭熔化为镁液后，在所述镁液中加入预热后的镁钕中间合金，并使所述镁钕中间合金熔化，得到所述第一混合熔体，或者在所述镁液中加入预热后的镁钕中间合金和镁锆中间合金，并使所述镁钕中间合金和镁锆中间合金熔化，得到所述第二混合熔体；(2)所述钕在所述镁钕中间合金中的重量百分数为30％～90％；(3)在制备所述镁合金铸锭的过程中，采用CO₂和SF₆的混合气体进行保护；优选地，CO₂和SF₆的体积比为(90～99):1；(4)浇铸前将模具在150℃～250℃下预热60分钟～120分钟；(5)浇铸时采用钢制的模具。

在本申请的一些实施例中，对所述镁合金铸锭进行均匀化热处理时的温度为350℃～450℃，时间为12小时～24小时；和/或，进行均匀化热处理的过程中采用硫化亚铁颗粒进行防氧化保护。

在本申请的一些实施例中，所述将所述均匀化铸锭预热后进行成型加工的方法至少满足以下条件之一：1)所述均匀化铸锭的预热温度为300℃～350℃；2)所述成型加工的方式为等温挤压成型，且挤压比为(9～25):1，挤压速度为0.1m/min～0.5m/min。

在本申请的一些实施例中，将所述均匀化铸锭预热后进行成型加工，得到所述高伸长率稀土镁合金之后，所述制备方法还包括：将所述高伸长率稀土镁合金在350℃～485℃下退火30分钟～120分钟后，在冷水中淬火。

与现有技术相比，本申请的高伸长率稀土镁合金及其制备方法具有如下

有益效果：

本申请的高伸长率稀土镁合金的成分包括重量百分含量为0.5％～2％的钕、0％～0.5％的锆以及镁和不可避免的杂质，合理的成分构成及含量配比使得镁合金兼具较高的伸长率和优异的综合力学性能，其伸长率可高达50％，屈服强度不小于85MPa，抗拉强度不小于168MPa。

同时，实际生产中可以通过调节Zr元素含量以及Nd元素和Zr元素的重量比调控镁合金的力学性能，可调节性较强，且合金元素的含量较低，特别是所需稀土元素的含量低，使得合金型材密度依然可以保持很低，经济效益好。

进一步地，本申请的制备方法通过对合金成分、熔炼工艺、均匀化热处理工艺和成型加工工艺进行改进，能够制备出包含α-Mg基体和NdH₂两相结构的细晶镁合金型材，具有较高的室温成型性与综合力学性能，其性能远超现有的镁合金，且制备过程中使用的镁锆中间合金和镁钕中间合金的熔点都较低，使得制备成本较低，且制备过程简单、易于工业化生产，极具商业应用前景。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：

图1为本申请实施例1的Mg-1.5wt.％Nd镁合金型材的电子背散射衍射图；

图2为本申请实施例1的Mg-1.5wt.％Nd镁合金型材的同步辐射X射线衍射图；

图3为本申请实施例1～3及对比例1的镁合金型材的力学性能测试图。

具体实施方式

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

针对目前镁合金的室温塑性差以及具有高伸长率的稀土镁合金成本较高的问题，本申请通过对镁合金的成分进行设计，再进一步结合合理的熔炼工艺、均匀化热处理工艺和成型加工工艺，使得镁合金在低稀土元素含量下具备较高的伸长率和优异的综合力学性能。因此，本申请能够有效提升镁合金的室温成型性能，同时还能降低生产成本。

本申请实施例提供一种高伸长率稀土镁合金，该高伸长率稀土镁合金包含以下重量百分含量的成分：钕(Nd)0.5％～2％，锆(Zr)0％～0.5％，其余为镁(Mg)和不可避免的杂质。在一些实施例中，Nd的重量百分含量可以为0.5％，0.55％，0.6％，0.65％，0.7％，0.75％，0.8％，0.85％，0.9％，0.95％，1％，1.5％，2％，或者它们中任意两个数值之间的范围或者子范围。在一些实施例中，Zr的重量百分含量可以为0％，0.05％，0.1％，0.15％，0.2％，0.25％，0.3％，0.35％，0.4％，0.45％，0.5％，或者它们中任意两个数值之间的范围或者子范围。

在本申请的高伸长率稀土镁合金中，Nd主要以固溶原子形式存在于α-Mg基体中，起到弱化织构的作用，而弱织构利于大量晶粒基面滑移开动，因此Nd的引入有利于提高镁合金的伸长率。另外，Nd还能够在镁合金中形成NdH₂第二相，该NdH₂第二相可以有效协调变形，弱化变形过程中的应力集中现象，迟滞裂纹萌生，再加上α-Mg基体的作用，使得镁合金还具有较好的综合力学性能。同时，添加的合金元素含量较低，使得合金型材能够保持较低的密度，且成本可控。

在本申请的高伸长率稀土镁合金中，Zr的添加能够进一步提升镁合金的强度，且所述Zr和所述Nd的相对含量影响着镁合金的塑性成型性能和综合力学性能。当所述Nd和所述Zr的重量比过大时，会形成Mg₄₁Nd₅中间化合物相，而所述Mg₄₁Nd₅中间化合物相对镁合金的塑性成型性能不利。而当所述Nd和所述Zr的重量比过小时，也即Nd的含量较少，将无法有效弱化镁合金的基面织构，对降低镁合金中非基面滑移与基面滑移的临界分切应力比值的作用不明显，导致镁合金在室温下可开动的变形模式不够丰富，容易造成应力集中，在塑性变形过程中容易发生断裂。因此，本申请可以通过调节Nd与Zr的相对含量来使镁合金的伸长率和综合力学性能均达到最佳。在一些优选实施例中，所述Nd与所述Zr的重量比为(3～6):1。

在一些实施例中，所述不可避免的杂质例如可以包括铁(Fe)、镍(Ni)、铜(Cu)和硅(Si)等中的至少一种。一方面由于Fe、Cu和Ni等杂质元素通常在晶界处聚集，可能导致晶界脆化和断裂，从而降低材料的整体韧性和延展性。Si元素过量则会导致硬而脆的第二相形成，从而影响镁合金的整体性能。另一方面，杂质会在镁基体中形成微电池加速腐蚀过程，不利于工业应用。因此，应将所述不可避免的杂质控制在一定范围。其中所述铁、所述镍及所述硅分别在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.05％，所述铜在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.005％。

综上，本申请的镁合金由于包含特定含量范围的Nd和Mg两元成分或者包含Nd、Zr和Mg三元成分，且各成分之间相互配合，使得所述镁合金能够同时兼顾较高的伸长率和优异的综合力学性能，可以更好地满足目前使用过程中的性能要求。

本申请实施例还提供上述高伸长率稀土镁合金的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备镁合金铸锭，所述镁合金铸锭包含以下重量百分含量的成分：Nd 0.5％～2％，Zr 0％～0.5％，其余为Mg和不可避免的杂质；

S2：对所述镁合金铸锭进行均匀化热处理和淬火，得到均匀化铸锭；

S3：将所述均匀化铸锭预热后进行成型加工，得到所述高伸长率稀土镁合金。

在一些优选实施例中，在步骤S1中，控制所述镁合金铸锭中的Nd与Zr的重量比为(3～6):1，使得制备的镁合金具有较好的塑性成形性能和综合力学性能。

在一些优选实施例中，在步骤S1中，为了进一步提高镁合金的整体性能，分别控制所述镁合金铸锭中的铁、镍及硅在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.05％，控制铜在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.005％。

在一些实施例中，所述镁合金铸锭的制备方法包括步骤S10-1：制备纯镁和镁钕中间合金的第一混合熔体。在一些具体实施例中，将纯镁锭熔化为镁液后，在所述镁液中加入预热后的镁钕中间合金，并使所述镁钕中间合金熔化，得到所述第一混合熔体，其中所述镁钕中间合金的预热温度为190℃～250℃。

在一些实施例中，所述镁合金铸锭的制备方法不包括步骤S10-1，而包括步骤S10-2：制备纯镁、镁钕中间合金及镁锆中间合金的第二混合熔体。在一些具体实施例中，将纯镁锭熔化为镁液后，在所述镁液中加入预热后的镁钕中间合金和镁锆中间合金，并使所述镁钕中间合金和所述镁锆中间合金熔化，得到所述第二混合熔体，其中所述镁钕中间合金和所述镁锆中间合金的预热温度为190℃～250℃。

在一些优选实施例中，所述纯镁锭的纯度不低于99.95％；在所述镁钕中间合金中，Nd的重量百分数为30％～90％。

所述镁合金铸锭的制备方法还包括：步骤S11-1，将所述第一混合熔体升温后进行搅拌、精炼除气、除渣和保温静置，得到镁合金熔体。或者，包括步骤S11-2，将所述第二混合熔体升温后进行搅拌、精炼除气、除渣和保温静置，得到镁合金熔体。在步骤S11-1和步骤S11-2中，温度过高会导致镁合金熔体表层的氧化现象变严重，合金元素的烧损可能更多，而温度过低又会导致合金元素不能充分扩散进入镁合金熔体中。优选地，将所述第一混合熔体或所述第二混合熔体升温至750℃～760℃。

所述镁合金铸锭的制备方法还包括：步骤S12，将所述镁合金熔体降温至710℃～720℃并进行浇铸，得到所述镁合金铸锭。在浇铸时，温度过高将会引起铸造缺陷，温度过低时会导致所述镁合金熔体的流动性较差，模具填充困难。在一些优选实施例中，浇铸时选用钢制的模具。在一些优选实施例中，浇铸前将模具进行预热，预热温度需控制在一定范围，因为预热温度过高时，会使模具较烫，不易取放，当预热温度过低时，会倾向形成疏松等凝固缺陷。优选地，使所述模具在150℃～250℃下预热60分钟～120分钟。

在一些优选实施例中，实施步骤S10-1、步骤S10-2、步骤S11-1、步骤S11-2及步骤S12时，采用CO₂和SF₆的混合气体进行保护，其中CO₂和SF₆的体积比优选为(90～99):1。具体地，CO₂的体积分数可以为90～99vol.％，SF₆的体积分数可以为1vol.％。CO₂和SF₆的混合气体可以保护镁合金不被氧化夹杂。

在步骤S2中，所述均匀化热处理的温度和时间影响着所述镁合金铸锭的结构性能，温度过高和/或时间过长时，会引起组织粗化，使得所述镁合金铸锭的质量变差；温度过低和/或时间过短时，不能较好的起到消除所述镁合金铸锭中元素偏析的作用。在一些优选实施例中，对所述镁合金铸锭进行均匀化热处理时的温度为350℃～450℃，时间为12小时～24小时。

在一些优选实施例中，进行均匀化热处理的过程中采用硫化亚铁(FeS)颗粒进行防氧化保护。FeS与氧气发生化学反应，消耗掉氧气的同时，反应生成的二氧化硫气体可以起到保护所述镁合金铸锭不被氧化的作用。

在步骤S3中，所述均匀化铸锭的预热温度过高时，会使挤压成型后，晶粒过于粗大、织构减弱，导致镁合金的力学性能降低；所述均匀化铸锭的预热温度过低时，会使挤压成型后，不能完全再结晶，当挤压设备的压力不足时不能顺利挤压。在一些优选实施例中，所述均匀化铸锭的预热温度为300℃～350℃。

在步骤S3中，所述成型加工的方式为等温挤压成型，其中挤压比和挤压速度是两个较为重要的参数。所述挤压比是指是指挤压筒腔的横断面面积同挤压制品总横断面面积之比，也叫挤压系数。如果挤压比过大，挤压设备会因挤压力过大而发生“闷车”，使挤压过程不能正常进行，甚至损坏工具，影响生产率。如果挤压比过小，挤压设备的能力不能得到充分利用，也不利于获得组织和性能均匀的制品。所述挤压速度的确定需要综合考量镁合金的成型性能和生产效率。具体地，当挤压速度过快时，可能会导致挤裂或挤不动的现象产生，当挤压速度过慢时，会使生产效率过低，达不到实际应用需求。在一些优选实施例中，所述挤压比(extrusion ratio)为(9～25):1，挤压速度为0.1m/min～0.5m/min。

在一些优选实施例中，将所述均匀化铸锭预热后进行成型加工，得到所述高伸长率稀土镁合金之后，所述制备方法还包括热退火步骤。该热退火步骤可以去除应力，确保完全动态再结晶组织以及去除吕德斯带。当热退火时的温度过低和/或时间较短时，达不到热退火效果；当热退火时的温度较高和/或时间较长时，会导致晶粒长大，使得镁合金的力学强度下降。在一些优选实施例中，将所述高伸长率稀土镁合金在350℃～485℃下退火30分钟～120分钟后，在冷水中淬火。

综上，本申请一方面对镁合金的成分进行设计，使镁合金具备较高的伸长率和优异的综合力学性能，另一方面对熔炼工艺、均匀化热处理工艺和成型加工工艺进行调控，从而得到动态再结晶显微组织结构，使得镁合金的伸长率和综合力学性能得以进一步提升。

下面将结合本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。如无特别说明，所用的试剂和原材料都可通过商业途径购买。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

Mg-1.5Nd镁合金：以重量百分含量计，包括钕：1.5wt.％；剩余部分为镁和不可避免的杂质。

Mg-1.5Nd镁合金制备

(1)铸造

将纯镁锭和镁钕中间合金放置在烘干箱中预热至200℃。然后，将纯镁锭在99vol.％CO₂和1vol.％SF₆的混合气体的保护下放入坩埚中，待纯镁锭全部熔化形成镁液后，在坩埚中放入镁钕中间合金，并使镁钕中间合金熔化，升温至750℃保温15分钟，随后搅拌3分钟以保证合金元素扩散均匀，静置10分钟后，加入镁合金精炼剂(张家港市昊华轻合金材料有限公司，牌号为JDJB)充分搅拌3分钟，再去除表面残渣，随后在750℃下保温15分钟，得到镁合金熔体。将镁合金熔体降温至720℃，去除表面残渣，然后浇入钢制模具中，得到Mg-1.5Nd铸锭。在浇铸过程中，镁合金熔体和钢制模具均用99vol.％CO₂和1vol.％SF₆的混合气体保护，钢制模具提前在烘干箱中预热至200℃。

其中镁合金精炼剂的用量为纯镁锭和镁钕中间合金总质量的1％～2％，在添加镁合金精炼剂前，将镁合金精炼剂在150℃～200℃下烘烤30分钟以上去除水分，且加入镁合金精炼剂时需带热加入。在本实施例中，镁合金精炼剂的添加量为1％，且加入前在200℃下烘烤30分钟。

(2)均匀化热处理

将Mg-1.5Nd铸锭机加工至匹配挤压料桶的尺寸。然后，将机加工样品在400℃均匀化热处理24小时，再放入水中进行淬火处理，得到均匀化铸锭。在均匀化热处理前，在机加工样品的表面形成硫化亚铁颗粒层，硫化亚铁颗粒层的质量为Mg-1.5Nd铸锭质量的1％，该硫化亚铁颗粒层在均匀化热处理过程中可以起到防氧化保护的作用。

(3)热挤压成型

将均匀化铸锭在350℃下预热30分钟，同时将挤压比为18:1的热挤压模具升温并于350℃下保温。然后，在均匀化铸锭表面涂上润滑油后放入热挤压模具中，随即采用0.2m/min的挤压速度进行挤压，得到的挤压型材直接放入水中进行淬火处理，得到Mg-1.5Nd镁合金型材。

将Mg-1.5Nd镁合金型材经过高氯酸(质量分数为90％)和酒精(质量分数为10％)的混合溶液进行电解抛光，抛光温度为-30℃。随后采用ZeissGemini扫描电镜进行电子背散射衍射测试。

图1为本实施例的Mg-1.5Nd镁合金型材的电子背散射衍射图(EBSD)，其中a图显示了挤压态合金的EBSD反极图，b图显示了挤压态合金的EBSD极图。结果表明：经350℃挤压后Mg-1.5Nd镁合金的晶粒尺寸为5微米～10微米，其织构峰值强度仅有4.7mud，这种弱织构有利于提高挤压型材的伸长率。

对Mg-1.5Nd镁合金型材进行同步辐射X射线衍射测试，该测试于上海光源的BL14B1线站完成。

图2为本实施例的Mg-1.5Nd镁合金型材的同步辐射X射线衍射图，其中a图显示了挤压态合金的二维X射线衍射图谱，其中a图中红色箭头所指为NdH₂相形成的衍射环，角度代表了积分区域，b图显示了积分得到的一维X射线衍射图。由图可知，本实施例制备的Mg-1.5Nd镁合金包含α-Mg基体和NdH₂两种相结构。

实施例2

Mg-2.0Nd-0.5Zr镁合金：以重量百分含量计，包括Nd：2.0wt.％；Zr：0.5wt.％；剩余部分为镁和不可避免的杂质。

Mg-2.0Nd-0.5Zr镁合金制备

(1)铸造

将纯镁锭和镁钕中间合金放置在烘干箱中预热至200℃。然后，将纯镁锭在99vol.％CO₂和1vol.％SF₆的混合气体的保护下放入坩埚中，待纯镁锭全部熔化形成镁液后，在坩埚中放入镁钕中间合金和镁锆中间合金，并使镁钕中间合金和镁锆中间合金熔化，升温至750℃保温15分钟，随后搅拌3分钟以保证合金元素扩散均匀，静置10分钟后，加入预热至200℃镁合金精炼剂(牌号JDJB，添加量为纯镁锭、镁钕中间合金和镁锆中间合金总质量的1％)充分搅拌3分钟，再去除表面残渣，随后在750℃下保温15分钟，得到镁合金熔体。将镁合金熔体降温至720℃，去除表面残渣，然后浇入钢制模具中，得到Mg-2.0Nd-0.5Zr铸锭。在浇铸过程中，镁合金熔体和钢制模具均用99vol.％CO₂和1vol.％SF₆的混合气体保护，钢制模具提前在烘干箱中预热至200℃。

(2)均匀化热处理

将Mg-2.0Nd-0.5Zr铸锭机加工至匹配挤压料桶的尺寸。然后，将机加工样品在400℃均匀化热处理24小时，再放入水中进行淬火处理，得到均匀化铸锭。在均匀化热处理前，在机加工样品的表面形成硫化亚铁颗粒层，硫化亚铁颗粒层的质量为Mg-2.0Nd-0.5Zr铸锭质量的1％，该硫化亚铁颗粒层在均匀化热处理过程中可以起到防氧化保护的作用。

(3)热挤压成型

将均匀化铸锭在350℃下预热30分钟，同时将挤压比为18:1的热挤压模具升温并于350℃下保温。然后，在均匀化铸锭表面涂上润滑油后放入热挤压模具中，随即采用0.2m/min的挤压速度进行挤压，得到的挤压型材直接放入水中进行淬火处理，得到Mg-2.0Nd-0.5Zr镁合金型材。

经电子背散射衍测试，Mg-2.0Nd-0.5Zr镁合金型材的晶粒尺寸为5微米～10微米。

实施例3

Mg-1.5Nd镁合金：以重量百分含量计，包括Nd：1.5wt.％；剩余部分为镁和不可避免的杂质。

Mg-1.5Nd镁合金制备

(1)铸造

将纯镁锭和镁钕中间合金放置在烘干箱中预热至200℃。然后，将纯镁锭在99vol.％CO₂和1vol.％SF₆的混合气体的保护下放入坩埚中，待纯镁锭全部熔化形成镁液后，在坩埚中放入镁钕中间合金和镁锆中间合金，并使镁钕中间合金和镁锆中间合金熔化，升温至750℃保温15分钟，随后搅拌3分钟以保证合金元素扩散均匀，静置10分钟后，加入镁合金精炼剂(添加量为纯镁锭和镁钕中间合金总质量的1％)充分搅拌3分钟，再去除表面残渣，随后在750℃下保温15分钟，得到镁合金熔体。将镁合金熔体降温至720℃，去除表面残渣，然后浇入钢制模具中，得到Mg-1.5Nd铸锭。在浇铸过程中，镁合金熔体和钢制模具均用99vol.％CO₂和1vol.％SF₆的混合气体保护，钢制模具提前在烘干箱中预热至200℃。

(2)均匀化热处理

将Mg-1.5Nd铸锭机加工至匹配挤压料桶的尺寸。然后，将机加工样品在400℃均匀化热处理24小时，再放入水中进行淬火处理，得到均匀化铸锭。在均匀化热处理前，在机加工样品的表面形成硫化亚铁颗粒层，硫化亚铁颗粒层的质量为Mg-1.5Nd铸锭质量的1％，该硫化亚铁颗粒层在均匀化热处理过程中可以起到防氧化保护的作用。

(3)热挤压成型

将均匀化铸锭在350℃下预热30分钟，同时将挤压比为18:1的热挤压模具升温并于350℃下保温。然后，在均匀化铸锭表面涂上润滑油后放入热挤压模具中，随即采用0.2m/min的挤压速度进行挤压，得到的挤压型材直接放入水中进行淬火处理，得到Mg-1.5Nd镁合金型材。

(4)热退火处理

将Mg-1.5Nd镁合金型材在400℃高温炉中退火30分钟，随后取出在冷水中淬火。

经电子背散射衍测试，热退火处理后的Mg-1.5Nd镁合金型材的晶粒尺寸为20微米～30微米。

对比例1

Mg-1Ca镁合金：以重量百分含量计，包括Ca：1wt.％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。

Mg-1wt.％Ca镁合金制备

(1)铸造

将纯镁锭和镁钙中间合金放置在烘干箱中预热至200℃。然后，将纯镁锭在99vol.％CO₂和1vol.％SF₆的混合气体的保护下放入坩埚中，待纯镁锭全部熔化形成镁液后，在坩埚中放入镁钙中间合金，并使镁钙中间合金熔化，升温至750℃保温15分钟，随后搅拌2分钟以保证合金元素扩散均匀，静置10分钟后，加入镁合金精炼剂(牌号JDJB，添加量为纯镁锭和镁钙中间合金总质量的1％)充分搅拌2分钟，再去除表面残渣，随后在750℃下保温15分钟，得到镁合金熔体。将镁合金熔体降温至730℃，去除表面残渣，然后浇入钢制模具中，得到Mg-1Ca铸锭。在浇铸过程中，镁合金熔体和钢制模具均用99vol.％CO₂和1vol.％SF₆的混合气体保护，钢制模具提前在烘干箱中预热至200℃。

(2)均匀化热处理

将Mg-1Ca铸锭机加工至匹配挤压料桶的尺寸。然后，将机加工样品在400℃均匀化热处理24小时，再放入水中进行淬火处理，得到均匀化铸锭。在均匀化热处理前，在机加工样品的表面形成硫化亚铁颗粒层，硫化亚铁颗粒层的质量为Mg-1Ca铸锭质量的1％，该硫化亚铁颗粒层在均匀化热处理过程中可以起到防氧化保护的作用。

(3)热挤压成型

将均匀化铸锭在350℃下预热30分钟，同时将挤压比为18:1的热挤压模具升温并于350℃下保温。然后，在均匀化铸锭表面涂上润滑油后放入热挤压模具中，随即采用0.2m/min的挤压速度进行挤压，得到的挤压型材直接放入水中进行淬火处理，得到Mg-1Ca镁合金型材。

采用MTS 30T电子万能试验机对实施例1～3及对比例1制备镁合金型材的综合力学性能进行测试。测试方法参见GB/T 228.1-2021。

如图3所示，实施例1的Mg-1.5Nd镁合金的屈服强度为105MPa，抗拉强度为172MPa，伸长率为40％。实施例2的Mg-2.0Nd-0.5Zr镁合金的屈服强度为128MPa，抗拉强度为205MPa，伸长率为26％。实施例3的经热退火处理的Mg-1.5Nd镁合金的屈服强度为85MPa，抗拉强度为168MPa，伸长率为50％。对比例1的Mg-1Ca镁合金的屈服强度为111MPa，抗拉强度为178MPa，伸长率为20％。

上述结果显示，本申请实施例1～3的伸长率显著高于对比例1的伸长率。本申请实施例的镁合金不仅具有高伸长率，还兼具优异的综合力学性能，这是由于本申请实施例制备的镁合金中包含a-Mg基体和NdH₂相，这两种相结构的存在有利于伸长率和综合力学性能的共同提升。

实施例3与实施例1相比，增加了热退火处理工艺，伸长率得到明显提高。这是由于，热退火处理工艺去除了材料内部的残余应力，吕德斯带消失，材料的塑性变形不均匀性得到改善。同时，固溶的合金元素分布更加均匀，进一步促进了材料的非基面滑移。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (10)

1.一种高伸长率稀土镁合金，其特征在于，包含以下重量百分含量的成分：钕0.5％～2％，锆0％～0.5％，其余为镁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高伸长率稀土镁合金，其特征在于，所述钕与所述锆的重量比为(3～6):1。

3.根据权利要求1或2所述的高伸长率稀土镁合金，其特征在于，所述不可避免的杂质包括铁、镍、铜和硅中的至少一种，其中所述铁、所述镍及所述硅分别在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.05％，所述铜在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.005％。

4.一种高伸长率稀土镁合金的制备方法，其特征在于，包括：

制备镁合金铸锭，所述镁合金铸锭包含以下重量百分含量的成分：钕0.5％～2％，锆0％～0.5％，其余为Mg和不可避免的杂质；

对所述镁合金铸锭进行均匀化热处理和淬火，得到均匀化铸锭；

将所述均匀化铸锭预热后进行成型加工，得到所述高伸长率稀土镁合金。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述镁合金铸锭中，所述钕与所述锆的重量比为(3～6):1；

和/或，所述不可避免的杂质包括铁、镍、铜和硅中的至少一种，其中所述铁、所述镍及所述硅分别在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.05％，所述铜在所述高伸长率稀土镁合金中的重量百分含量不高于0.005％。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述镁合金铸锭的制备方法包括：

制备纯镁和镁钕中间合金的第一混合熔体，或者制备纯镁、镁钕中间合金及镁锆中间合金的第二混合熔体；

将所述第一混合熔体或所述第二混合熔体升温至750℃～760℃进行搅拌、精炼除气、除渣和保温静置，得到镁合金熔体；

将所述镁合金熔体降温至710℃～720℃并进行浇铸，得到所述镁合金铸锭。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述镁合金铸锭的制备方法至少满足以下一条：

(1)将纯镁锭熔化为镁液后，在所述镁液中加入预热后的镁钕中间合金，并使所述镁钕中间合金熔化，得到所述第一混合熔体，或者在所述镁液中加入预热后的镁钕中间合金和镁锆中间合金，并使所述镁钕中间合金和镁锆中间合金熔化，得到所述第二混合熔体；

(2)所述钕在所述镁钕中间合金中的重量百分数为30％～90％；

(3)在制备所述镁合金铸锭的过程中，采用CO₂和SF₆的混合气体进行保护；优选地，CO₂和SF₆的体积比为(90～99):1；

(4)浇铸前将模具在150℃～250℃下预热60分钟～120分钟；

(5)浇铸时采用钢制的模具。

8.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，对所述镁合金铸锭进行均匀化热处理时的温度为350℃～450℃，时间为12小时～24小时；

和/或，进行均匀化热处理的过程中采用硫化亚铁颗粒进行防氧化保护。

9.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述将所述均匀化铸锭预热后进行成型加工的方法至少满足以下条件之一：

1)所述均匀化铸锭的预热温度为300℃～350℃；

2)所述成型加工的方式为等温挤压成型，且挤压比为(9～25):1，挤压速度为0.1m/min～0.5m/min。

10.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，将所述均匀化铸锭预热后进行成型加工，得到所述高伸长率稀土镁合金之后，所述制备方法还包括：将所述高伸长率稀土镁合金在350℃～485℃下退火30分钟～120分钟后，在冷水中淬火。