一种高强度镁‑锌‑锰‑钇‑铈镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度镁‑锌‑锰‑钇‑铈镁合金材料，所述镁合金材料由Mg、Zn、Mn、Y和Ce组成，其各组分质量百分含量为：Zn含量为5.0～9.0％；Mn含量为0.5～1.5％；Y含量为0.3～2％；Ce含量为0.2～0.6％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。本发明专利技术材料与Mg‑Zn‑Zr系镁合金的典型牌号ZK60相比，抗拉强度相当，屈服强度和延伸率得到较明显的提高；与Mg‑Zn‑Al系镁合金的典型牌号AZ61相比，延伸率相当，抗拉强度和屈服强度得到明显提高。所述镁合金材料稀土元素含量较少，同时具有良好的低温挤压性和成型性能，不需要施加特殊的工艺措施，在普通变形加工设备上变形加工就可获得高性能，具有极大地应用潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属材料，属于有色金属中镁合金生产领域，特别涉及一种具有高强度的变形镁合金材料及其制备方法。
技术介绍
镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，与其他金属结构材料相比，具有高比强度和比刚度、尺寸稳定性、减振性能和导热性能，在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事工业领域也具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，尤其在轻量化方面，具有难以替代的显著优势，可以明显减轻重量、节省燃油消耗，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料。此外，镁合金可以回收利用，对环境友好，因此被誉为“21世纪的绿色金属结构材料”。镁合金可分为变形镁合金和铸造镁合金两大类。与铸造镁合金相比，变形镁合金具有优良的综合性能，更高的强度和塑韧性，更适合于制作大型结构件和满足结构多样化的要求，因此在发展铸造镁合金的同时，应投入更多的力量进行变形镁合金的研究开发，使镁合金作为理想的轻质材料在更多、更广阔的领域得到应用。近年来，各国学者对镁合金材料进行了深入研究，特别是在如何改善力学性能方面开展了大量的研究工作。目前，改善镁合金力学性能的途径主要有形变强化、晶粒细化、合金化、热处理、复合材料强化等多种方法。因此，选择在镁中添加多种合金元素得到一种多元化镁合金体系，采用常规设备获得其铸态合金并将铸态合金塑性加工成变形态合金，通过第二相强化、细晶强化、形变强化和固溶强化的联合作用，从而开发出新型高性能变形镁合金新材料，拓展变形镁合金材料体系范围，一定程度上满足不同服役条件下的工业应用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种镁-锌-锰-钇-铈高强度高塑性变形镁合金材料。本专利技术镁合金材料可通过挤压或轧制或锻造变形后，实现第二相强化(稀土相强化)、细晶强化、变形强化和固溶强化的联合作用，获得高强度和高塑性。本专利技术所述镁合金材料与商业高强变形镁合金ZK60相比，抗拉强度相当，屈服强度和延伸率得到较明显的提高；与常用镁合金AZ61相比，延伸率相当，抗拉强度和屈服强度得到明显提高，所述镁合金材料不需要施加特殊的工艺措施(如等通道挤压、快速凝固等)，在普通工业化挤压、轧制、锻造等变形加工设备上变形就可获得高性能，因此具有商用价值高的优点。本专利技术的技术方案是：一种高强度镁-锌-锰-钇-铈镁合金材料，其各组分质量百分含量为：Zn含量为5.0～9.0％；Mn含量为0.5～1.5％：Y含量为0.3～2％；Ce含量为0.2～0.6％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。本专利技术较好的技术方案是所述镁合金材料各组分的质量百分比含量为Zn含量为6.0％；Mn含量为0.9％；Y含量为1.5％；Ce含量为0.4％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。本专利技术较好的技术方案为：所述具有高强度的镁-锌-锰-钇-铈镁合金于由Mg、Zn、Mn、Y和Ce组成，其各组分质量百分含量为：Zn：6.0％；Mn：0.75％；Y：0.75％；Ce：0.4％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。本专利技术不可避免的杂质为Al、Si、Ni、Cu、Fe，其总量≤0.15％。本专利技术确定合金成分的设计思想是：(1)采用Zn作为第一组分，Zn质量百分比含量为5.0～9.0％，Zn最高固溶度达6.2％，在挤压后快速冷却可使锌原子与镁基体形成固溶体，从而起到固溶强化作用，同时保证了足够数量的MgZn相。(2)Mn含量为0.5～1.5％，Mn主要以单质形式弥散分布在基体中，可使合金晶粒得到有效细化，具有细晶强化的作用，提高合金强韧性。(3)Y含量为0.3～2％，稀土Y和基体Mg元素以及Zn元素形成Mg-Zn-Y三相稀土相，主要包括I相(Mg3Zn6Y，二十面体准晶，具有优良机械性能)和W相(Mg2Zn3Y2，立方结构，高温稳定相)，该系列稀土相具有高熔点和稳定性，能够抑制再结晶晶粒长大，具有显著的第二相强化和细晶强化的作用。(4)Ce含量为0.2～0.6％，稀土Ce与基体Mg元素以及Zn元素形成Mg-Zn-Ce三元稀土相，主要为稀土τ相(CeMg7Zn12)，该稀土相具有较高的熔点和热稳定性，弥散分布的稀土相能够有效钉扎晶界，抑制再结晶晶粒长大，具有显著的第二相强化和细晶强化的作用。本专利技术的制备工艺如下：本专利技术镁合金材料采用真空熔炼、精炼、浇铸得到合金铸锭，然后对合金铸锭进行均匀化处理；最后在挤压机上挤压成棒材；本专利技术镁合金可以加工出尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品。本专利技术镁合金材料具体冶炼铸造、热挤压工艺的具体步骤如下：1.熔炼：在真空感应熔炼炉上进行，原材料为工业纯镁锭、工业纯锌、Mg-4.1％Mn中间合金、Mg-30.29％Y中间合金和Mg-20.82％Ce中间合金。所述熔炼是指先在保护气氛下完全熔化工业纯镁，再加入纯锌、Mg-Mn中间合金、Mg-Y中间合金和Mg-Ce中间合金，并完全熔化，然后进行精炼处理，最后将精炼处理后的液态合金浇铸成铸锭。2.挤压成型工序：将上述铸锭在330～360℃下进行12～24小时的均匀化退火处理后，进行车皮。将车皮的铸锭在温度为310～400℃下进行挤压变形加工成制品。本专利技术所述镁合金材料的优点是：I.本专利技术镁合金材料采用常规化的铸锭制备手段和常规塑性变形装置，工艺简单，具有工业使用价值，打破了高性能镁合金制备工艺复杂、制备条件苛刻的限制，使得现有的工业条件就能直接生产出高性能镁合金。II.本专利技术镁合金材料中Zn作为第一组元，其在均匀化退火和挤压过程中，可以固溶到镁基体晶格中，最高固溶度达6.2％，在热变形后快速冷却，锌原子与镁基体形成固溶体，从而起到固溶强化作用。III.本专利技术镁合金材料由于添加了稀土元素Y，Y与合金元素Zn以及基体Mg结合形成一系列体积分数和大小的Mg-Zn-Y三元稀土相，该系列稀土相具有较高的熔点和热稳定性，在变形过程中能够有效钉扎晶界和位错，抑制再结晶晶粒长大，具有显著的细晶强化和第二相强化作用。IV.本专利技术镁合金材料由于添加了稀土元素Ce，在凝固过程中，其平均分配系数K≤1，Ce主要富集在固液界面前沿，对晶界有钉扎作用，可以起到细化晶粒的作用；此外，Ce与合金元素Zn以及基体Mg形成Mg-Zn-Ce三元相，该稀土相就有较高熔点和热稳定性，在热变形过程中，能够有效钉扎晶界，抑制再结晶晶粒长大，得到细小的晶粒组织，具有显著的细晶强化的第二相强化作用。V.本专利技术镁合金材料中的锰元素主要以单质形式弥散分布在基体中，使合金晶粒得到有效细化，同时提高合金强韧性。VI.本专利技术镁合金材料不需要施加特殊的塑性变形工艺措施，如等通道挤压、快速凝固等，在普通工业化挤压、轧制、锻造等变形加工设备上就能变形加工，即可获得高于目前典型变形镁合金强度的性能。VII.本专利技术所述镁合金材料具有很好的热稳定性，能有效抑制后续热机械处理中的化合物粗大和晶粒长大，同时热变形过程中当温度升高时，开始出现局部熔化的温度提高，有利于选用更高的温度进行热变形，以提高合金的热变形塑性，减少变形抗力，提高热变形速率。下面参照附图并结合具体实例，进一步阐述本专利技术，应理解的是，这些实例是用于说明本专利技术，而不是对本专利技术的限制，在本专利技术的构思前提下对本专利技术制备方法的简单改进，都属于本专利技术所要求保护的范围。附图说明图1是本专利技术高强度镁-锌-锰-钇-铈镁合金材料(实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高强度的镁‑锌‑锰‑钇‑铈镁合金材料，其特征在于由Mg、Zn、Mn、Y和Ce组成，其各组分质量百分含量为：Zn：5.0～9.0％；Mn：0.5～1.5％：Y：0.3～2％；Ce：0.2～0.6％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。

【技术特征摘要】
1.一种具有高强度的镁-锌-锰-钇-铈镁合金材料，其特征在于由Mg、Zn、Mn、Y和Ce组成，其各组分质量百分含量为：Zn：5.0～9.0％；Mn：0.5～1.5％：Y：0.3～2％；Ce：0.2～0.6％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。2.根据权利要求1所述的一种具有高强度的镁-锌-锰-钇-铈镁合金，其特征在于所述具有高强度的镁-锌-锰-钇-铈镁合金由Mg、Zn、Mn、Y和Ce组成，其各组分质量百分含量为：Zn：6.0％；Mn：0.9％；Y：1.5％；Ce：0.4％；不可避免杂质≤0...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐福刚，赵镍，罗文忠，曹红帅，刘应都，史之一，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43