【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料及其加工领域，具体涉及具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金制备技术。
技术介绍
1、镁合金作为最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、导热性和导电性优良、电磁屏蔽性能好、可回收等一系列优点，被誉为“二十一世纪绿色结构材料”。近年来随着新能源汽车、高铁、飞机等交通工具的迅猛发展以及建筑领域工模具材料轻量化技术的发展，使镁合金在在上述领域的应用越来越受关注。但是与铝合金相比，镁合金的力学性能和塑性加工性能较差，限制了其广泛应用。与铸造镁合金相比，变形镁合金通过变形加工可以获得比铸造状态更高的强度、更好的延展性等更优异的力学性能，从而可以满足更多结构件的需求。
2、其中，挤压加工可以使材料在一次成形过程中承受较大的变形量，而且挤压产品品种多、规格全，可以获得板材、棒材、复杂断面的型材和管材等。同时挤压变形加工还是一种细化材料微观组织的有效加工方法，还可以消除铸锭中的气孔、疏松和缩孔等缺陷，改善挤压产品性能，提高材料的强度与塑性。然而与铝合金挤压加工相比，镁合金挤压材生产成本高，生产相同规格的镁合金型材的成本甚至比铝合金高 3倍之多，严重限制了其工业化大批量生产和广泛商业化应用。这主要是镁合金挤压速度低所致，例如，典型商业镁合金az31 的挤压出口速度在10-20m/min，是典型铝合金的1/5-1/2，且在高速挤压条件下其再结晶晶粒易于长大，力学性能较差。而具有较高强度的商业镁合金az61、az80和zk60合金的挤压速度仅为典型铝合金的1/10。所以通过提高挤压速度的手段降低镁合金挤压材的生产成
3、现有技术中，专利cn101418404公开了一种用于高速挤压的变形镁合金，其组成按质量百分比计为：al 5-7％、zn 2-3％、mn 7-9％、li 3-4％、zr 1-3％，其余为镁及不可避免杂质。该镁合金的挤压速度可以达到20m/min，抗拉强度248-275mpa，屈服强度142～178mpa，延伸率18～23.8％，合金中mn含量达到7-9％，合金中添加元素总含量高达26％且含有较多的贵元素(li 3～4％、zr 1～3％)，这间接的增加了合金的熔炼难度和生产成本，并且最终所得材料的力学性能仍然偏低。专利（公开号cn104032195a）公开了一种可高效挤压低成本高性能导热镁合金及其制备方法，其化学成分重量百分比为：0.1～0.8wt％al，0.1～0.6wt％ca，0.1～0.6wt％mn，0.05～0.4wt％la，其余为mg。该专利可采用出口最高速度不小于 20m/min的快速挤压工艺生产，挤出材料屈服强度约为180mpa，力学性能不足且挤压材中含有一定含量的贵重稀土元素la。专利cn114540683a公开了一种微合金化的耐腐蚀低成本镁合金及其制备方法，所述镁合金成分质量百分比为：铝：0.55-1.2％，锰：0.5-0.65％，锌：0-0.4％，钙：0.01-0.03％，其余为镁、添加元素和不可避免的杂质；所述的添加元素为钐、镧中的一种或两者组合，加入量按质量百分比计为：钐：0.01-0.2％，镧：0.01-0.2％。相应合金可在挤压比为20-150:1，挤压速度为20-70m/min进行挤压成型。但合金力学性能较低，平均屈服强度为215mpa，延伸率为10.9％。且需要在挤压加工后进行固溶和时效热处理；为获得性能较好的合金，合金中还需要添加sm、la等稀土元素，加工成本和材料成本高。
4、针对现有技术中大部分变形镁合金高速挤压加工性能不足或挤压材的力学性能不高或原料成本过高等问题，如何降低成本、简化生产工艺获得高强塑性的低合金含量镁合金是目前亟待解决的技术难题。因此，专利技术一种低合金含量、无稀土等贵重合金元素添加，且可高速挤压的新型低成本高性能镁合金具有重要的经济和社会意义。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的大部分变形镁合金难以高速挤压或可高速挤压的少量镁合金挤压速度和力学性能依然普遍不高或者成本较高的不足，提出一种具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金及其制备方法。
2、本专利技术是具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金及其制备方法，具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金，其化学成分质量百分比为：cu：0.2~1.8％，mn：0.25~0.7％，ca：0.1~0.7％，其余为镁、添加元素和不可避免的杂质，所述的添加元素为zn、al中的一种或一种以上的组合，加入量按百分比计为： zn：0~1.2％，al：0~2.0％。。
3、本专利技术的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，它包括如下步骤：
4、步骤（1）熔炼：在保护气体或覆盖剂的保护下，加入纯镁，在680-760℃加热熔化；然后依次加入mg-ca中间合金、mg-cu中间合金、mg-mn中间合金，继续在680-780℃加热熔化；随后依次加入纯al、纯zn中的一种或任意组合，在680-780℃温度下搅拌均匀，精炼除气和清渣后，静置10-100min，获得合金熔体；
5、步骤（2）浇注：采用砂型铸造、金属模铸造或半连续铸造的方式，将熔炼均匀的镁合金熔体进行浇注，获得铸态合金锭；
6、步骤（3）热处理：将步骤（2）制得的合金铸锭在热处理炉中进行热处理，热处理温度为160~450℃，时间为0.5~20小时，然后以空气冷却或水冷方式冷却至室温；
7、步骤（4）挤压加工：将热处理后的坯料切割成相应的规格并去掉表面氧化皮，然后加热到挤压温度后放入变形模具中进行热挤压加工，挤压变形速度为0.1～80m/min，挤压比为5～100，挤压温度为180~480℃，热变形后的坯料直接冷却到室温，获得所述的高强塑镁合金材料。
8、1)本专利技术采用了少量多元的设计思路，通过合金元素的优选，避免了不同元素之间的相互削弱，协同发挥作用同时避免了第二相的过分长大导致对合金塑性的削弱；
9、2) 与现有技术相比，本专利技术在mg-cu基合金中开发出了一种具有优异挤压加工性能与强塑性能的新型镁合金，该合金挤压加工性能优异，镁合金挤压材最高挤出速度可达到80m/min，
10、3)本专利技术所制备的挤压型材的晶粒细小、均匀，平均晶粒尺寸可达2-30μm。加上均匀分布的微纳双尺度第二相的协同强化作用，可以使最终的挤压材具有良好的强塑性能，其屈服强度最高可达320mpa以上，同时延伸率达到15%以上；而目前商用可高速挤压的镁合金az31，在用同样挤压速度下，加工出来的合金屈服强度和抗拉强度分别仅为165mpa和246mpa。
11、4)本专利技术镁合金最细可挤压出1.2mm直径的丝材，所得挤压材表面光滑、无表面裂纹，可广泛应用于镁合金丝材制造，在增材制造和精细零部件制备领域展现出极大吸引力；
12、5)挤压前和挤压后的热处理工艺简单，所需温度低，时间短。且挤压后不需要热处理，挤压态即可获得良好的力学性能，简化生产工艺，降低能耗和生产成本，同时提高了加工效率。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金，其特征在于，其化学成分质量百分比为：Cu：0.2~1.8％，Mn：0.25~0.7％，Ca：0.1~0.7％，其余为镁、添加元素和不可避免的杂质，所述的添加元素为Zn、Al中的一种或一种以上的组合，加入量按百分比计为： Zn：0~1.2％，Al：0~2.0％。
2.权利要求1所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于，其步骤包括：
3.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的保护气体可以为：Ar+SF6的混合气体、SF6+CO2的混合气体、Ar+SF6+CO2的混合气体。
4.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的覆盖剂可以为RJ-5或者RJ-2。
5.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的Mg-Ca中间合金为Mg-20Ca中间合金，Mg-Mn中间合金为Mg-5Mn中间合金，Mg-Cu中间合
6.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的搅拌为机械搅拌或吹氩气搅拌或电磁搅拌或其组合。
7.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的精炼可以为加入精炼剂精炼或吹入氩气精炼或其组合。
8.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的热处理为单级热处理或双级热处理，其中单级热处理是在160~410℃之间的某一恒定温度进行0.5~20小时保温，然后冷却，双级热处理是先在160~380℃之间的某一恒定温度进行2~15小时热处理，然后升温至400~450℃之间的某一温度进行1-5小时的高温热处理。
9.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的模具为用于成形板材，或者棒材，或者管材，或者线材，或者型材的模具。
10.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的变形加工后进行的冷却可以为空气中自然冷却、喷水雾强制冷却、或者吹气流强制冷却。
...【技术特征摘要】
1.具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金，其特征在于，其化学成分质量百分比为：cu：0.2~1.8％，mn：0.25~0.7％，ca：0.1~0.7％，其余为镁、添加元素和不可避免的杂质，所述的添加元素为zn、al中的一种或一种以上的组合，加入量按百分比计为： zn：0~1.2％，al：0~2.0％。
2.权利要求1所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于，其步骤包括：
3.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的保护气体可以为：ar+sf6的混合气体、sf6+co2的混合气体、ar+sf6+co2的混合气体。
4.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的覆盖剂可以为rj-5或者rj-2。
5.根据权利要求2所述的具有优异挤压加工性能与强塑性能的镁合金的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的mg-ca中间合金为mg-20ca中间合金，mg-mn中间合金为mg-5mn中间合金，mg-cu中间合金为mg-30cu。
6.根据权利要求2所...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟帅举，宋金龙，余志明，毕广利，李元东，陈体军，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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