CN1616697A - 一种含稀土钇的高塑性镁合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含稀土钇的高塑性镁合金，其特征在于该镁合金由Mg、Zn、Zr、Y组成，其各组分质量百分含量为Zn：5.0～8.5％；Zr：0.6～0.8％；Y：0.7～2.0％，剩余部分为镁和不可避免的杂质。本发明材料能保持传统的高强镁合金的强度，使其塑性大大提高。用于工业生产，通过对金属塑性成型可以加工出尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品，并且可以通过热处理控制材料的组织和性能。

Description

一种含稀土钇的高塑性镁合金

技术领域

本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种添加钇稀土元素以提高合金挤压塑性的镁合金。

背最技术

我国镁矿资源丰富，因此，研究和开发性能优良、规格多样的镁合金材料对国民经济具有很重要的作用。镁合金是一种新型轻金属材料，是目前工业应用中最轻的金属结构材料，具有较高的比强度、比刚度以及良好的减震降噪和切削加工等性能，在航空航天、交通工具和3C产品等领域有广泛的应用前景。目前，镁及镁合金的需求量以每年20％以上的速率增长，已逐渐发展为继钢铁和铝合金之后的第三大金属材料。

镁合金材料通过塑性变形，可以加工生产出尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品，并且可以通过热处理控制材料的组织和性能。由于镁合金的晶体结构是密排六方结构，而镁及镁合金最常见的滑移系为α柏氏矢量的基面({0001}<11 20>)和棱面滑移系({1 100}<11 20>)，一共提供5个几何滑移系和4个独立滑移方式。棱面滑移系在常温下不活泼，滑移系难以滑动，所以塑性比较差，严重限制了镁合金的应用。

目前国内外许多研究单位对改善镁合金塑性主要是研究镁合金的超塑性。由于镁合金的超塑性一般是在非常缓慢的应变速率下才可以实现，不能用于工业应用。传统的高强镁合金一般是指Mg-Zn-Zr合金，其典型的合金牌号是ZK60，最大的特点是强度高，一般在320～350MPa，但存在塑性差的缺点，断后伸长率一般不超过12％，限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的，是提供一种镁合金材料。它在保持传统的高强镁合金的强度条件下，大大提高了其塑性，以利于塑性成型。

本发明目的的实现方法是，该镁合金由Mg、Zn、Zr、Y等组成，各组分质量百分含量为Zn：5.0～8.5％；Zr：0.6～0.8％；Y：0.7～2.0％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。

本发明镁合金较好组成为，各组分质量百分含量为Zn：5.5％；Zr：0.8％；Y：2.0％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。

本发明不可避免的杂质为Fe、Si、Al、Mn，其总量＜0.1％

按照通常镁合金的冶炼方法取得上述镁合金材料，进行均匀化处理，在挤压机上挤压，同时快速冷却，可以加工出各种镁合金产品。

本发明的优点是：

1.均匀化处理可以使锌、钇合金元素固溶到镁基体中，而且在随后挤压出棒材时快速冷却，合金元素与镁基体形成固溶体，对合金起到了强化作用。

2.本镁合金提高了锆的含量，由于锆具有明显细化晶粒的作用，因此锆含量的增加，有利于提高合金的综合性能。

3.由于金属挤压时需要根据金属的材料和工艺调整其挤压温度，而本发明镁合金的挤压温度大大超过了合金的再结晶温度，挤压过程中发生了动态再结晶，挤压后经过快速冷却，使再结晶刚好完成，而晶粒来不及长大，所以棒材晶粒细小，一定程度上提高了材料的塑性。

4.由于钇的加入，阻碍了晶界的扩展，也就是阻止晶粒的长大，进一步细化了晶粒，对塑性的提高起到了重要作用。

本发明材料保持传统的高强镁合金的强度，使其塑性大大提高，能用于工业生产。通过对金属塑性成型可以加工出尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品，并且可以通过热处理控制材料的组织和性能。

下面通过实施例对本发明做进一步的说明。但本发明不仅限于这些例子。

附图说明

图1是编号为A的镁合金挤压态微观组织照片；

图2是编号为C的镁合金挤压态微观组织照片；

图3是牌号为ZK60的镁合金挤压态微观组织照片；

图4是编号为A的镁合金没采取快速冷却技术镁合金挤压态微观组织照片。

具体实施方式

实施例：

用下列配方，按镁合金的通常冶炼方法，即可得到本发明的含稀土钇的高塑性镁合金(以下为质量百分含量)：

合金编号	Mg(％)	Zn(％)	Zr(％)	Y(％)	Fe、  Si、  AI、Mn的总量(％)
						A	余量	5.3	0.7	0.7	＜0.1
B	余量	5.5	0.8	2.0	＜0.1
						C	余量	8.3	0.6	1.4	＜0.1

按上述配方，用下列方法冶炼得到本发明镁合金：

1.熔炼：在半连续铸造设备上进行。母料成分为Mg：95.3％，Zn：4.0％，Zr：0.30％，Y：0.40％，用熔剂覆盖后开始加热，在700℃母料全部熔化，然后分别按A、B、C含稀土的镁合金材料配比加入合金元素Zn锭。Zr、Y是以Mg-Zr、Mg-Y中间合金的形式加入，其中Zr、Y的质量百分比分别为25.58、23.42，按照A、B、C含稀土的镁合金材料配比要求调整Mg、Zr、Y的含量。加料后进行搅拌并继续加热至750℃，静置保温30分钟，之后降温至690～720℃浇铸，即得A、B、C含稀土的镁合金材料的铸锭。

取上述A、B、C含稀土钇的镁合金材料按下列步骤分别进行实验：

2.机加工：根据挤压机挤压筒的尺寸进行锯切、车皮等机加工至合适尺寸；

3.均匀化处理；

4.挤压加工：在挤压机上挤压成棒材，同时快速冷却。主要挤压参数见表1。

            表1 Mg-Zn-Zr-Y镁合金的主要挤压参数

坯料温度	挤压筒温度	模具温度	挤压速度	挤压比
					400℃	395℃	360℃	1.3～2.0m/min	55.75

5.力学性能测试：根据GB228-2002将挤压棒材加工成标准拉伸试样，进行拉伸试验，得出性能数据见表2。

                    表2挤压棒材力学性能

合金	抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	延伸率(％)
				A	322.10	263.56	18.37
B	322.88	267.98	20.17
				C	337.57	263.98	21.45
ZK60	320～340	250～260	11～12

由表2可以看出，加入稀土元素以后，合金的抗拉强度与原ZK60镁合金基本相当，其屈服强度略有升高。但对比延伸率的变化可以明显发现，加入稀土后镁合金的延伸率平均超过20％，比原ZK60提高了近一倍，大大改善了材料的综合性能。

参见图1、图2。图1、图2为编号A、C的镁合金挤压态微观组织照片，其晶粒比较均匀，且晶粒平均直径大概为5～8μm左右；参见图3。图3为ZK60挤压态微观组织照片，其晶粒则大的多，平均在30～40μm，参见图4。图4是编号为A的镁合金没采取快速冷却技术合金A的挤压态组织，其晶粒尺寸大约为20μm左右。

结论：加入高含量的锆、稀土金属钇并采用快速冷却的镁合金，其塑性变形性能大大提高。

Claims (2)

1.一种含稀土钇的高塑性镁合金，其特征在于该镁合金由Mg、Zn、Zr、Y组成，其各组分质量百分含量为Zn：5.0～8.5％；Zr：0.6～0.8％；Y：0.7～2.0％，剩余部分为镁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的含稀土钇的高塑性镁合金，其特征在于该镁合金由Mg、Zn、Zr、Y组成，其各组分质量百分含量为Zn：5.5％；Zr：0.8％；Y：2.0％，剩余部分为镁和不可避免的杂质。

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