一种超塑性镁合金及其制备方法技术

一种超塑性镁合金及其制备方法，属于镁合金技术领域。如下成分：选择Zn、Er作为主要合金化元素，其添加量分别为10～30wt.％Zn，10～15wt.％Er，且Zn/Er比值为1～2，余量为Mg。通过熔炼工艺和挤压工艺进行制备。该合金在初始应变速率为0.5～5mm/min，在100～150℃具有良好的塑性，在175～300℃的较低温度范围内有呈现出良好的超塑性，是一种潜在的可用于超塑性成形技术加工的镁合金材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于镁合金
。如下成分：选择Zn、Er作为主要合金化元素，其添加量分别为10～30wt.％Zn，10～15wt.％Er，且Zn/Er比值为1～2，余量为Mg。通过熔炼工艺和挤压工艺进行制备。该合金在初始应变速率为0.5～5mm/min，在100～150℃具有良好的塑性，在175～300℃的较低温度范围内有呈现出良好的超塑性，是一种潜在的可用于超塑性成形技术加工的镁合金材料。【专利说明】
本专利技术涉及一种低温超塑性Mg-Zn-Er合金及其制备方法，具体涉及通过一定的合金成分、熔炼工艺及挤压条件等制备。该合金在较低温度范围内有显著的超塑性，是一种有潜在应用前景的可超塑性成形的镁合金材料，属于镁合金
。
技术介绍
21世纪，资源短缺及环境恶化成为影响人类可持续发展的首要问题。相对于日渐枯竭的多种金属矿物资源而言，镁以其丰富的储量在资源有效环保运用上更具优势。同样，镁合金作为一种最轻的节能环保结构材料在汽车、轨道、电子、航天、航空和国防军工等领域具有极其重要的工业价值和应用前景。尤其是近年来，环境污染日益加重，空气质量严重恶化，社会对汽车节能减排的要求也日益提高。镁合金(如AZ91和AM60等系列合金)作为汽车轻量化的首选材料之一，已成功运用在方向盘、仪表盘、变速箱壳体、脚踏板等多种零部件上，在一定程度上缓解了汽车尾气污染问题。然而，镁晶体结构为密排六方，低温下塑性差，加工困难，大大限制了它在汽车制造行业的广泛应用。镁合金超塑性成形技术可以提高它的成形能力，开发形状复杂、尺寸精确、表面光洁的合金产品，进而克服镁合金低温下加工困难的问题。最初，镁合金早期超塑性研究的主要集中在晶粒对超塑性的影响，可将晶粒对合金超塑性影响的研究分为以下两个方面:(I)细晶对镁合金超塑性的影响。起初，镁合金超塑性早期的研究主要集中在晶粒细化对超塑性的影响。采用等径角挤压(ECAE)、快速凝固(RS)技术制得了晶粒度小于Iym的合金，该合金具有优异的超塑性变形能力。进一步的研究表明，晶粒细化有助于合金超塑性的实现。Backofen (AIME1969, 245:1131-1132)开发了晶粒度为 0.55 μ m 的 ZK60 合金，在3.的条件下延伸率(δ)达1000%以上。⑵粗晶对镁合金超塑性的影响。随着研究的深入展开，发现具有粗大晶粒组织的镁合金仍具有超塑性。王渠东(高技术通讯2002，9:52-55)制备的轧制态AZ91合金，晶粒尺寸为11 μ m，高温延伸率为455%。张诗昌(武汉科技大学学报2008，31:547-551)制备的挤压态AZ31合金的晶粒尺寸为37.6 μ m，高温下的延伸率为214%。针对粗大晶粒下的超塑性现象，研究发现塑性变形过程中发生的动态再结晶是提高合金塑性的主要原因，这是因为塑性变形中发生的动态再结晶导致粗大晶粒组织消失，形成了更加细小的晶粒组织，可显著提升塑性。 由此可见，无论是晶粒粗大还是细小，在一定条件下(包括温度、变形速率)镁合金都可具有一定的超塑性，这也表明晶粒大小并不是限制镁合金超塑性实际应用的主要影响因素。随着研究的深入，发现目前制约镁合金超塑性技术实际应用的难题是提高生产效率和降低生产成本。可将这种瓶颈归结为:(I)如何获得高应变速率下的(兰IXlO-2)超塑性(δ ^ 100%)。提高镁合金的超塑性成形速率可降低生产成本，提高生产效率，增大生产规模，有利于镁合金超塑性成形技术的推广。(2)如何获得低温条件下的超塑性。镁及其合金的晶体结构为密排六方，低温(>220°C )条件下主要为基面滑移，滑移系少导致其塑性不佳。只有在较高温度下柱面和锥面滑移系才能够启动，改善镁合金的塑性。但温度太高往往导致镁合金晶粒粗化，恶化了合金的力学性能(强度)，同时提高了合金的加工成本。开发低温下具有超塑性能力的镁合金有利于超塑性成形技术在镁合金中的应用，降低生产成本，同时防止晶粒粗化。若以上两个问题不能很好的解决，则必然限制了镁合金超塑性成形技术的广泛应用和推广。特别值得注意的是，目前采用超塑性成形技术进行工业化镁合金产品生产的应用近乎空白，制约镁合金超塑性成形技术推广应用的主要因素就是超塑性成形能力优异镁合金的缺乏，这种缺乏主要表现在以下几个方面:(I)现在国内外镁合金超塑性的研究主要集中在AZ、ZK等商用镁合金。一方面，虽然该类合金价格低廉、资源丰富，但是该类合金的力学性能较差，尤其是它的高温力学性能更差，不能用于制备关键的承重零部件或高温下使用的零部件。另一方面，该类合金中无法避免地存在着大量的低熔点第二相(主要是Mg-Al, Mg-Zn相)，它们不能作为有效的稳定粒子存在于合金中，在高于350°C的条件下已经软化。稳定粒子的缺乏必然导致高温塑性加工条件下合金晶粒的粗化和对动态再结晶(PSN机制)的抑制，由此严重损害了该类镁合金的高应变超塑性成形能力。(2)当前有关Mg-Zn-RE (稀土)合金的超塑性行为的研究较为薄弱，相对集中于Mg-Zn-Y系合金，而对含Y元素以外的其它Mg-Zn-RE系合金的研究则更少。一方面来讲，Mg-Zn-RE合金中含有稳定的I相(Mg3Zn6RE)、胃相(Mg2Zn3RE3)等三元相(它们可在450°C的条件下稳定存在)。在对镁合金超塑性加工时，这些稳定的三元相粒子不但能够抑制晶粒粗化，还能促进动态再结晶的发生细化合金的晶粒，这两方面的改变可大大改善镁合金的超塑性成形能力。另一方面，这些初生的三元相尺寸粗大、分布不均，在应力的作用下有自身脆裂的趋势，影响了合金的超塑性成形能力。此外，特别是W相的晶体结构还与基体晶格匹配度差，在高温应力的作用下它们间的界面不稳定而发生裂纹导致材料失效。(3)最后，当前大多数AZ、ZK、Mg-Zn-Y合金超塑性的研究主要集中于较高的温度下超塑性变形，其超塑性变形温度区间为300~450 0C。有关较低温度条件下的超塑性变形研究相对较少，且也没有报道在较低温度下即具有超塑性能力的合金材 料。从以上分析可知，需要从源头出发而不局限于AZ、ZK及Mg-Zn-Y合金的限制，拓宽超塑性镁合金的成分设计范围，采用合理、简单、有效的加工手段制备超塑性技术加工用的镁合金坯体，进而设计新型的高应变速率和低温下具有超塑性能力的镁合金材料。本专利技术中涉及到一种新的合金及其制备方法,主要的合金成分为Mg、Zn和Er。Zn和Er作为主要的合金化元素，其添加量较高，分别为10~30wt.% Zn, 10~15wt.% Er，且有Zn/Er比值为I~2，余量为Mg。该合金成分明显区别于当前报道的含有I相、W相的Mg-Zn-RE (RE = Y，Er，Gd等稀土元素)合金(含有Zn较多(一般3~9wt.% )，而稀土的添加量较少，一般低于5wt.% )。同时结合热挤压工艺条件等，将上述合金挤压加工，进而获得了一种低温条件下具有超塑性能力的Mg-Zn-Er合金。由于本专利技术中的合金中含有大量的Zn和Er元素，导致大量热力学稳定的三元相产生，抑制了 Mg-Zn相等热力学不稳定第二相的形成。这为后续加工过程中动态再结晶的发生奠定了基础。大量热力学稳定的三元相促进了挤压加工过程中的动态再结晶的发生，同时又抑制了再结晶晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超塑性镁合金，其特征在于，选择Zn、Er作为主要合金化元素，其添加量分别为10～30wt.％Zn，10～15wt.％Er，且Zn/Er比值为1～2，余量为Mg。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘轲，杜文博，王朝辉，李淑波，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11