WO2018090799A1 - 变形镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种变形镁合金及其制备方法，该变形镁合金包括：3.0-4.0重量％的Al，1.0-2.0重量％的Zn，0.5-1.0重量％的Mn，0.5-2.5重量％的Sn，不可避免的杂质元素和余量的镁元素。该变形镁合金的抗拉强度不低于285MPa，屈服强度不低于185MPa，延伸率不低于15％。

Description

变形镁合金及其制备方法
相关申请的交叉引用
本公开主张在2016年11月17日在中国提交的中国专利申请号No.201611012328.0的优先权，其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及镁合金技术领域，具体地，涉及一种变形镁合金及其制备方法。
背景技术
由于镁合金具有质量轻、减震性好、电磁屏蔽性能好等优点，在航空航天、电子产品、汽车等行业均具有重要的应用价值与应用前景。
按加工方式，镁合金分铸造镁合金和变形镁合金，变形镁合金因其具有更高的强韧度及良好的内部组织，愈来愈受到关注。常用变形镁合金有AZ31、AZ61、AZ80、ZK60等，其中AZ31是最重要的工业用变形镁合金，但因其室温下强度较低，限制了其进一步的广泛应用。目前镁合金主要通过添加Sr、Re等合金化元素来强化镁合金的性能，但是添加了这些元素的镁合金成本高昂，难以大规模应用。因此，亟需一种价格合理，综合性能达到工业需求的镁合金。
发明内容
本公开的目的是提供一种变形镁合金，该变形镁合金成本较低，合金强度高。
为了实现上述目的，本公开提供一种变形镁合金，该变形镁合金含有合金元素、不可避免的杂质元素和余量的镁元素；以所述变形镁合金的总重量为基准，所述合金元素可以包括：3.0-4.0重量％的Al，1.0-2.0重量％的Zn，0.5-1.0重量％的Mn和0.5-2.5重量％的Sn。
通过上述技术方案，本公开提供的变形镁合金成本较其他镁合金明显降低，在提高了合金强度的同时对变形镁合金的塑韧性影响较小。
可选地，以所述变形镁合金的总重量为基准，所述合金元素可以包括3.0-4.0重量％的Al，1.0-2.0重量％的Zn，0.5-1.0重量％的Mn和1.5-2.5重量％的Sn。
可选地，所述变形镁合金中的杂质元素不超过0.1重量％。
可选地，所述变形镁合金的抗拉强度不低于285MPa，屈服强度不低于185MPa，延伸率不低于15％；可选地，所述变形镁合金的抗拉强度不低于300MPa，屈服强度不低于190MPa。
本公开第二方面，提供一种制备变形镁合金的方法，该方法包括如下步骤：S1.将熔炼原料在气体保护条件下进行熔炼，然后熔炼后的混合物料冷却至室温得到铸锭；所述熔炼原料含有合金元素、不可避免的杂质元素和余量的镁元素；在所述变形镁合金的总重量为100重量份的基准上，所述合金元素可以含有3-4重量份的Al，1-2重量份的Zn，0.5-1重量份的Mn和0.5-2.5重量份的Sn；S2.去除所述铸锭表层氧化层后进行均匀化处理然后进行热挤压处理。
可选地，步骤S1中，所述熔炼条件可以包括：温度为720℃-740℃，所述熔炼在真空熔炼炉中进行；气体保护所用的气体可以为含有0.4-0.6体积％的SF6和余量的CO2的混合气体。
可选地，步骤S1中，在进行熔炼前，可以对所述熔炼原料进行打磨，然后置于180-220℃温度下保持0.5-2h。
可选地，步骤S2中，所述均匀化处理的条件可以包括：加热温度为400℃-440℃，时间为10-14h。
可选地，步骤S2中，所述热挤压的条件可以包括：挤压温度为330-380℃，挤压速度为15-20mm/s，挤压比为20-30，所需铸锭直径为80-100mm。
通过上述技术方案，本公开将传统变形镁合金配方进行了改良，提高了合金强度的同时对变形镁合金的塑韧性影响较小，并且根据本公开制备方法可以提高合金熔体凝固界面前沿的成分过冷度，促进形核，阻碍位错移动，强化合金基体。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本文中，在无相反说明的情况下，变形镁合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率的数值是指参照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》测试的镁合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率。
本公开第一方面：提供一种变形镁合金，该变形镁合金含有合金元素、不可避免的杂 质元素和余量的镁元素；以所述变形镁合金的总重量为基准，所述合金元素可以包括：3.0-4.0重量％的Al，1.0-2.0重量％的Zn，0.5-1.0重量％的Mn和0.5-2.5重量％的Sn。该配方得到的变形镁合金的抗拉强度不低于285MPa，屈服强度不低于185MPa，延伸率不低于15％。
根据本公开的第一方面，为了进一步提高所述变形镁合金的力学性能与铸造性能，可选地，以所述变形镁合金的总重量为基准，所述合金元素可以包括3.0-4.0重量％的Al，1.0-2.0重量％的Zn，0.5-1.0重量％的Mn和1.5-2.5重量％的Sn。根据该配方得到的变形镁合金的抗拉强度不低于300MPa，屈服强度不低于190MPa，延伸率不低于15％。
根据本公开的第一方面，镁合金的纯度是影响镁合金性能的重要因素之一，为了使本公开的变形镁合金性能优良，可选地，所述变形镁合金中的杂质元素不超过0.1重量％。
根据本公开的第一方面，为了进一步提高所述变形镁合金的力学性能与铸造性能，可选地，所述变形镁合金可以由3.0-4.0重量％的Al，1.0-2.0重量％的Zn，0.5-1.0重量％的Mn，1.5-2.5重量％的Sn，不超过0.1重量％的杂质元素和余量的镁组成。
本公开第二方面：提供一种制备变形镁合金的方法，该方法包括如下步骤：S1.将熔炼原料在气体保护条件下进行熔炼，然后熔炼后的混合物料冷却至室温得到铸锭；所述熔炼原料含有合金元素、不可避免的杂质元素和余量的镁元素；在所述变形镁合金的总重量为100重量份的基准上，所述合金元素可以含有3-4重量份的Al，1-2重量份的Zn，0.5-1重量份的Mn和0.5-2.5重量份的Sn；S2.去除所述铸锭表层氧化层后进行均匀化处理然后进行热挤压处理。
根据本公开的第二方面，为了保证镁合金原材料在熔炼过程中的稳定，可选地，步骤S1中，所述熔炼条件可以包括：温度为720℃-740℃，所述熔炼在真空熔炼炉中进行；气体保护所用的气体可以为含有0.4-0.6体积％的SF6和余量的CO2的混合气体。
根据本公开的第二方面，为了保证镁合金原材料的纯度，可选地，步骤S1中，可以在进行熔炼前，对所述熔炼原料进行打磨，然后置于180-220℃温度下保持0.5-2h。
根据本公开第二方面，为了减少和消除铸锭的晶内偏析，改善其合金元素分布和组织结构的不均匀性，可选地，步骤S2中，所述均匀化处理的条件可以包括：加热温度为400℃-440℃，时间为10-14h。
根据本公开的第二方面，为了提高变形镁合金的力学性能，尤其是塑性，可选地，步骤S2中，所述热挤压的条件可以包括：挤压温度为330-380℃，挤压速度为15-20mm/s，挤压比为20-30，所需铸锭直径为80-100mm。
通过上述技术方案，本公开将传统变形镁合金配方进行了改良提高了合金强度的同时对变形镁合金的塑韧性影响较小，并且根据本公开制备方法可以提高合金熔体凝固界面前沿 的成分过冷度，促进形核，阻碍位错移动，强化合金基体。
下面将通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。
实施例1
将3.1重量份的Al，1.7重量份的Zn，0.5重量份的Mn，0.6重量份的Sn以及补足至100重量份的Mg原材料打磨干净，然后置于200℃的温箱中保温1h；将打磨后的原材料于真空感应炉中进行熔炼，并且使用含有0.5体积％的SF6和余量的CO2的混合气体进行气体保护，熔炼温度为730℃，然后进行浇铸，将铸锭空冷至室温。车去铸锭表面的氧化层，使铸锭的直径为90mm；将铸锭置于热处理炉中，420℃保持12h进行均匀化处理，然后出炉空冷；使用卧式挤压机对冷却后的铸锭进行热挤压处理得到变形镁合金板材，挤压的条件包括：铸锭温度为340℃，模具温度为340℃，挤压筒温度为330℃，挤压速率为17mm/s，挤压比为25，挤出板材的尺寸为40×15mm2。
实施例2
将3重量份的Al，1.7重量份的Zn，0.5重量份的Mn，1.3重量份的Sn以及补足至100重量份的Mg原材料打磨干净，然后置于200℃的温箱中保温1h；将打磨后的原材料于真空感应炉中进行熔炼，并且使用含有0.5体积％的SF6和余量的CO2的混合气体进行气体保护，熔炼温度为730℃，然后进行浇铸，将铸锭空冷至室温。车去铸锭表面的氧化层，使铸锭的直径为90mm；将铸锭置于热处理炉中，420℃保持12h进行均匀化处理，然后出炉空冷；使用卧式挤压机对冷却后的铸锭进行热挤压处理得到变形镁合金板材，挤压的条件包括：铸锭温度为340℃，模具温度为340℃，挤压筒温度为330℃，挤压速率为17mm/s，挤压比为25，挤出板材的尺寸为40×15mm2。
实施例3
将3重量份的Al，1.7重量份的Zn，0.5重量份的Mn，1.7重量份的Sn以及补足至100重量份的Mg原材料打磨干净，然后置于200℃的温箱中保温1h；将打磨后的原材料于真空感应炉中进行熔炼，并且使用含有0.5体积％的SF6和余量的CO2的混合气体进行气体保护，熔炼温度为730℃，然后进行浇铸，将铸锭空冷至室温。车去铸锭表面的氧化层，使铸锭的直径为90mm；将铸锭置于热处理炉中，420℃保持12h进行均匀化处理，然后出炉空冷；使用卧式挤压机对冷却后的铸锭进行热挤压处理得到变形镁合金板材，挤压的条件包括：铸锭温度为340℃，模具温度为340℃，挤压筒温度为330℃，挤压速率为17mm/s，挤压比为 25，挤出板材的尺寸为40×15mm2。
实施例4
将3.1重量份的Al，1.7重量份的Zn，0.5重量份的Mn，2.3重量份的Sn以及补足至100重量份的Mg原材料打磨干净，然后置于200℃的温箱中保温1h；将打磨后的原材料于真空感应炉中进行熔炼，并且使用含有0.5体积％的SF6和余量的CO2的混合气体进行气体保护，熔炼温度为730℃，然后进行浇铸，将铸锭空冷至室温。车去铸锭表面的氧化层，使铸锭的直径为90mm；将铸锭置于热处理炉中，420℃保持12h进行均匀化处理，然后出炉空冷；使用卧式挤压机对冷却后的铸锭进行热挤压处理得到变形镁合金板材，挤压的条件包括：铸锭温度为340℃，模具温度为340℃，挤压筒温度为330℃，挤压速率为17mm/s，挤压比为25，挤出板材的尺寸为40×15mm2。
对比例1
将3重量份的Al，1.7重量份的Zn，0.5重量份的Mn，以及补足至100重量份的Mg原材料打磨干净，然后置于200℃的温箱中保温1h；将打磨后的原材料于真空感应炉中进行熔炼，并且使用含有0.5体积％的SF6和余量的CO2的混合气体进行气体保护，熔炼温度为730℃，然后进行浇铸，将铸锭空冷至室温。车去铸锭表面的氧化层，使铸锭的直径为90mm；将铸锭置于热处理炉中，420℃保持12h进行均匀化处理，然后出炉空冷；使用卧式挤压机对冷却后的铸锭进行热挤压处理得到变形镁合金板材，挤压的条件包括：铸锭温度为340℃，模具温度为340℃，挤压筒温度为330℃，挤压速率为17mm/s，挤压比为25，挤出板材的尺寸为40×15mm2。
对比例2
将3重量份的Al，1.7重量份的Zn，0.5重量份的Mn，0.3重量份的Sn以及补足至100重量份的Mg原材料打磨干净，然后置于200℃的温箱中保温1h；将打磨后的原材料于真空感应炉中进行熔炼，并且使用含有0.5体积％的SF6和余量的CO2的混合气体进行气体保护，熔炼温度为730℃，然后进行浇铸，将铸锭空冷至室温。车去铸锭表面的氧化层，使铸锭的直径为90mm；将铸锭置于热处理炉中，420℃保持12h进行均匀化处理，然后出炉空冷；使用卧式挤压机对冷却后的铸锭进行热挤压处理得到变形镁合金板材，挤压的条件包括：铸锭温度为340℃，模具温度为340℃，挤压筒温度为330℃，挤压速率为17mm/s，挤压比为25，挤出板材的尺寸为40×15mm2。
对比例3
将3重量份的Al，1.7重量份的Zn，0.5重量份的Mn，2.8重量份的Sn以及补足至100重量份的Mg原材料打磨干净，然后置于200℃的温箱中保温1h；将打磨后的原材料于真空感应炉中进行熔炼，并且使用含有0.5体积％的SF6和余量的CO2的混合气体进行气体保护，熔炼温度为730℃，然后进行浇铸，将铸锭空冷至室温。车去铸锭表面的氧化层，使铸锭的直径为90mm；将铸锭置于热处理炉中，420℃保持12h进行均匀化处理，然后出炉空冷；使用卧式挤压机对冷却后的铸锭进行热挤压处理得到变形镁合金板材，挤压的条件包括：铸锭温度为340℃，模具温度为340℃，挤压筒温度为330℃，挤压速率为17mm/s，挤压比为25，挤出板材的尺寸为40×15mm2。
测试实施例1
本测试实施例用于测定实施例1-4与对比例1-3中获得的变形镁合金的在室温下的力学性能。
参照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》测试的镁合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率。将本发明实施例1-4及对比例1-3挤压加工后的板材经线切割制成标准拉伸试样，拉伸试样的轴线方向与挤压方向一致。具体结果见表1。
表1
实例 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(％)
实施例1 287 185 17.3
实施例2 298 189 16.8
实施例3 306 194 16.1
实施例4 315 197 15.8
对比例1 272 173 17.9
对比例2 281 177 18.1
对比例3 302 187 14.7
经实施例1-4与对比例1-3的结果对比可以看出，本公开的变形镁合金具有良好的力学性能，抗拉强度不低于285MPa，屈服强度不低于185MPa，延伸率不低于15％。尤其是所 述合金元素为3.0-4.0重量％的Al，1.0-2.0重量％的Zn，0.5-1.0重量％的Mn，1.5-2.5重量％的Sn时，根据该配方得到的变形镁合金的抗拉强度不低于300MPa，屈服强度不低于190MPa，延伸率不低于15％。
本公开将传统变形镁合金配方进行了改良，提高了合金强度的同时对变形镁合金的塑韧性影响较小，并且根据本公开制备方法可以提高合金熔体凝固界面前沿的成分过冷度，促进形核，阻碍位错移动，强化合金基体。
以上详细描述了本公开的可选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (11)

  1. 一种变形镁合金，含有合金元素、不可避免的杂质元素和余量的镁元素，其中以所述变形镁合金的总重量为基准，所述合金元素包括：3.0-4.0重量％的Al，1.0-2.0重量％的Zn，0.5-1.0重量％的Mn和0.5-2.5重量％的Sn。
  2. 根据权利要求1所述的变形镁合金，其中以所述变形镁合金的总重量为基准，所述合金元素包括3.0-4.0重量％的Al，1.0-2.0重量％的Zn，0.5-1.0重量％的Mn和1.5-2.5重量％的Sn。
  3. 根据权利要求1或2所述的变形镁合金，其中所述变形镁合金中的杂质元素不超过0.1重量％。
  4. 根据权利要求1或2所述的变形镁合金，其中所述变形镁合金的抗拉强度不低于285MPa，屈服强度不低于185MPa，延伸率不低于15％。
  5. 根据权利要求4所述的变形镁合金，其中所述变形镁合金的抗拉强度不低于300MPa，屈服强度不低于190MPa。
  6. 根据权利要求2所述的变形镁合金，其中所述变形镁合金由3.0-4.0重量％的Al，1.0-2.0重量％的Zn，0.5-1.0重量％的Mn，1.5-2.5重量％的Sn，不超过0.1重量％的杂质元素和余量的镁组成。
  7. 一种制备变形镁合金的方法，包括：
    S1.将熔炼原料在气体保护条件下进行熔炼，然后熔炼后的混合物料冷却至室温得到铸锭，其中所述熔炼原料含有合金元素、不可避免的杂质元素和余量的镁元素，和在所述变形镁合金的总重量为100重量份的基准上，所述合金元素含有3-4重量份的Al，1-2重量份的Zn，0.5-1重量份的Mn和0.5-2.5重量份的Sn；
    S2.去除所述铸锭表面氧化层后进行均匀化处理，然后进行热挤压处理得到变形镁合金。
  8. 根据权利要求7所述的方法，其中步骤S1中，所述熔炼条件包括：温度为720℃-740℃，所述熔炼在真空熔炼炉中进行；气体保护所用的气体为含有0.4-0.6体积％的SF6和余量的CO2的混合气体。
  9. 根据权利要求7所述的方法，还包括：步骤S1中，在进行熔炼前，对所述熔炼原料进行打磨，然后置于180-220℃温度下保持0.5-2h。
  10. 根据权利要求7所述的方法，其中步骤S2中，所述均匀化处理的条件包括：加热温度为400℃-440℃，时间为10-14h。
  11. 根据权利要求7所述的方法，其中步骤S2中，所述热挤压的条件包括：挤压温度为330-380℃，挤压速度为15-20mm/s，挤压比为20-30，所需铸锭直径为80-100mm。
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