一种镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及提供了一种镁合金，包括以下质量百分比的组分：Al：8.0

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及镁合金材料领域，特别涉及一种低成本高强韧镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁合金密度低、减震性能良好、比强度及热导率高，在国防军工、医疗器械、航天航空、交通运输等领域中有着巨大的应用潜力。
[0003]Mg
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Al
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Zn系是中等强度、塑性较好、铸造性能也优良的镁合金，其成本比较低，而且能够热处理强化，是目前室温下应用最广泛的合金系。利用稀土元素对Mg
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Al
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Zn系镁合金进行合金化改性处理一直是镁合金研究的热点，稀土元素与Mg形成共晶反应，而且稀土元素在Mg中的固溶度都随着温度的降低而降低，使得镁合金具有不同程度的析出强化效果，同时添加稀土元素可以有效地细化合金晶粒，改善合金的力学性能。但稀土价格昂贵，目前的高含量稀土镁合金虽然能够改善合金力学性能，但极大的提高了生产成本，使得稀土镁合金的使用范围有一定的局限性。因此，如何通过添加低含量稀土来制备高性能镁合金产品成为目前的研究难点。
[0004]中国专利CN 108559898A(一种低成本高强韧变形镁合金及其制备方法)提供一种低成本高强韧变形镁合金，由Zn、Y、Nd、La、Mn、Mg和不可避免的杂质组成，合金具有较高强度及韧性，但稀土含量较高(2.5％)，且包含多种贵重稀土元素，成本较高，不适宜大规模推广应用；中国专利CN101824571A(含铈镧混合稀土的Mg
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Al
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Zn<br/>‑
RE变形镁合金及其生产方法、应用)公布了一种混合稀土的Mg
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Al
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Zn
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RE变形镁合金及其生产方法，但通过挤压变形得到的合金力学性能偏低，抗拉强度仅为280MPa；中国专利(一种新型高强塑性低稀土含量Mg
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Al
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Zn
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RE合金及其制备方法)提出了一种高强中塑镁合金配方及其制备方法，其抗拉强度可达到380MPa，延伸率≥10％，但制备工艺繁冗复杂，涉及多种加工工艺组合(热挤压+旋轧)，耗能多，成本高，应用场景受限。
[0005]目前现有高性能低稀土镁合金加工方式主要是挤压或轧制，产品形状单一，尺寸及精度有限，限制了其在某些应用场景的使用。现有技术中并没有低成本、力学性能优异、工艺简单、加工产品应用场景广泛的镁合金及与之适配的加工方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的不足，本专利技术的一方面提供了一种镁合金，特别是一种低成本高强韧镁合金，所述镁合金成本低，强度和韧性优异，可以通过简单工艺，用锻造加工的方法制备形状复杂的产品，产品加工应用场景广泛，所述镁合金包括以下质量百分比的组分：
[0007]Al：8.0
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9.0％、
[0008]Zn：0.5
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1.0％、
[0009]Mn：0.1
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0.8％、
[0010]Gd：0.5
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1.0％；
[0011]余量为镁和其他不可避免的杂质元素。
[0012]本专利技术中将镁合金中Al含量控制在8.0
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9.0％之间。研究发现，当铝含量低于10％时，在凝固界面前沿形成的Al富集将抑制Mg枝晶的生长，可起到细化晶粒的作用。同时在镁合金经历凝固、自然时效后，过饱和的固溶体析出的弥散、平衡的β相将起到弥散强化的作用，能够有效提高镁合金的强度。在一定范围内，当含量增加时，析出的β相产生沉淀强化，提高了合金的强度硬度，同时提高镁合金的铸造性能。但当含量过高时，沉淀的析出相将导致应力集中，使材料的塑性变差，同时将加剧应力腐蚀的倾向，提高脆性，综合考虑选择控制镁合金Al含量在8.0
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9.0％之间。
[0013]根据本专利技术提供的镁合金，优选的，Zn：0.6
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0.9％。研究发现，在本体系中将Zn含量控制在0.5
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1.0％，通过添加少量的Zn能增加Al在Mg合金中的溶解度，提高Al的固溶强化效果，而且Zn的熔点较低，具有与Mg相同的晶体结构(hcp)，具有固溶强化和时效强化的双重作用。但当Zn含量过高时，合金的塑性下降，耐腐蚀性将同样产生不利影响。综合各性能需求和加工需求，进一步选择Zn的含量在0.6
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0.9％之间。
[0014]根据本专利技术提供的镁合金，优选的，Mn：0.3
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0.6％。研究发现，将Mn含量控制在0.1
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0.8％，Mn可以对材料起到微合金化和强韧化作用，但当其含量过高时会严重降低合金的塑性，提高合金淬火敏感性。综合考虑Mn对于力学性能和加工性能的影响，进一步优选Mn的含量在0.3
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0.6％之间。
[0015]根据本专利技术提供的镁合金，优选的，Gd：0.6
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0.8％。本专利技术中添加稀土元素Gd，并将其含量控制在0.5
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1.0％，原因在于：研究表明，合金中加入稀土Gd后，Gd可与Al生成Al2Gd相，Al2Gd相能促进再结晶形核，此外，在晶粒长大的过程中，细小的Al2Gd相能够对再结晶晶粒的晶界起到有效的钉扎作用，使细晶强化的作用提高，故屈服强度较高，同时，细化晶粒可激活镁合金中非基面滑移系，并导致晶界滑移(GBS)，从而使镁合金的塑性变形能力得到大幅度提高。而当Gd量加入过多，稀土相颗粒变大，弱化了动态再结晶效果，且导致应力集中，强度下降。因此综合考虑力学性能、材料成本、锻造加工工艺等方面需求，将Gd含量控制在0.5
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1.0％之间，进一步优选的将Gd含量控制在0.6
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0.8％之间。
[0016]本专利技术的另一方面提供一种上述的镁合金的制备方法，包括以下步骤：
[0017]步骤S1：将各原料熔炼得到镁合金熔体，再通过半连续铸造，得到镁合金铸锭；
[0018]步骤S2：将镁合金铸锭进行均匀化热处理，得到均匀化热处理镁合金铸锭；
[0019]步骤S3：将均匀化热处理后的镁合金铸锭进行多向锻造，所述多向锻造步骤至少包括在430～450℃下的第一火锻造，以及在420～440℃下的第二火锻造，得到锻造镁合金件；
[0020]步骤S4：将锻造镁合金件进行时效热处理，得到时效热处理镁合金锻件。
[0021]根据本专利技术提供的制备方法，优选的，所述均匀化热处理的温度为410
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430℃。进一步优选的，所述均匀化热处理的温度为420℃。
[0022]根据本专利技术提供的制备方法，优选的，所述步骤S3中，在进行所述多向锻造前，对均匀化热处理后的镁合金铸锭进行预热，所述预热温度为410～430℃，预热时间为1
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3小时。可以理解的所述的预热步骤可以采用任何合适的预热设备，示例性的，可以在中频炉中进行预热。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁合金，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：Al：8.0
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9.0％、Zn：0.5
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1.0％、Mn：0.1
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0.8％、Gd：0.5
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1.0％；余量为镁和其他不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述Zn的含量为0.6
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0.9％。3.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述Mn的含量为0.3
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0.6％。4.根据权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述Gd的含量为0.6
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0.8％。5.一种如权利要求1～4中任一项所述的镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：将各原料熔炼得到镁合金熔体，再通过半连续铸造，得到镁合金铸锭；步骤S2：将镁合金铸锭进行均匀化热处理，得到均匀化热处理镁合金铸锭；步骤S3：将均匀化热处理后的镁合金铸锭进行多向锻造，所述多向锻造步骤至少包括在430～450℃下的第一火锻造，以及在420～440℃下的第二火锻造，得到锻造镁合金件；步骤S4：将锻造镁合金件进行时效热处理，得到时效热处理镁合金锻件。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，均匀化热处理的温度为410
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430℃。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，在进行所述多向锻造前，对均匀化热处理后的镁合金铸锭进行预热，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪娟，周承伟，踪张扬，康心锴，曾钢，熊雯瑛，方萌，刘海平，
申请(专利权)人：航天科工长沙新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：