本发明专利技术提供了一种具有高强度和高屈强比的镁合金材料，合金各组分质量百分含量为：Zn：5.0～9.0％；Mn：0.5～1.5％：Sn：1～10％；不可避免杂质≤0.15％；其余为镁。本发明专利技术材料通过塑性成形及成形后选择合理的热处理工艺条件可获得高强度和高屈强比，屈服强度和抗拉强度高于高强度变形镁合金ZK60，且不含有贵重金属元素，造价低廉，同时具有良好的低温挤压性和成型性能，具有极大地应用潜力，可部分替代ZK60镁合金材料。
【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和高屈强比的变形镁合金材料及其制备方法。
技术介绍
镁合金具有高的比强度、比刚度、优良的阻尼性能，以及防磁、屏蔽、散热、易切削加工、易回收等许多特性，是目前工业应用中最轻的金属结构材料，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。然而，常用镁合金的塑性变形能力差，绝对强度低，大大限制了其在结构件上的应用范围。金属材料的屈强比是指屈服强度与抗拉强度之比值，对于多数工程结构用材料受力在没有超过屈服强度时，它的变形是弹性变形；受力超过屈服强度时，材料就会产生较大的塑性变形，已不能满足使用要求，因此屈服强度是工程应用中衡量材料是否满足强度使用要求的依据。在同样的荷载增量下，过了屈服点的材料产生的变形要比没有过屈服点的材料产生的变形大，所以对于机械结构件，屈服强度应该以接近抗拉强度为佳，即屈强比越大，结构零件可靠性越高，提高屈强比，可以增加材料的应用潜力。目前商用变形镁合金系主要有Mg-Al-SuMg-ai-a 和Mg-Mn系。目前大部分高强度镁合金材料都含有锆，一般是指Mg-Zn-&系合金，典型牌号为ZK60，该合金抗拉强度达到340MPa，但是其含有贵金属^ ，成本高，大大限制了应用范围。不含锆的镁合金是目前应用最广泛的金属材料，一般是指Mg-Al-Si和Mg-Mn系合金，典型牌号为AZ31和MB8，虽然其价格便宜，但是其强度低，机械性能远远不能满足将镁合金扩大到更广泛的工业领域的要求，因此发展新型不含锆的高强度镁合金具有非常重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种具有高强度和高屈强比的变形镁合金材料，所述镁合金材料通过挤压或轧制或锻造及变形后选择合理热处理工艺条件获得高强度和高屈强比。本专利技术采用的技术方案是一种具有高强度和高屈强比的镁合金，其各组份质量百分比为Zn含量为5. 0 9. 0% ；Mn含量为0. 5 1. 5% ；Sn含量为1 10% ；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 含量为6. 0% ；Mn含量为0. 9% ；Sn含量为6. 0% ；不可避免杂质彡0. 15% ；其余为镁。本专利技术不可避免的杂质为Al、Si、Ni、Cu、Fe，其总量彡0. 15%。本专利技术确定合金成分的设计思想是(1)采用Si作为第一组分，Si质量百分比含量为5.0 9.0%，Si最高固溶度达 6.2%，在挤压后快速冷却或挤压后进行固溶处理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Mgai析出相和时效强化效果。(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，提高合金强韧性。(3)Sn含量为1 10%，Sn在共晶温度561°C的固溶度为14. 85%，而在200°C时固溶度为0. 45%，因此Sn在镁中具有良好的固溶强化效果；同时Sn主要以M&Sn存在，该化合物熔点高(770°C )，分布弥散，具有第二相强化作用。本专利技术镁合金材料可通过挤压或轧制或锻造变形及后续热处理可获得高强度和高屈强比。本专利技术所述镁合金材料与商业变形镁合金160相比，屈服强度和抗拉强度得到提高，不含贵金属，因此具有成本低和商用价值高的优点。本专利技术的制备工艺如下本专利技术镁合金材料采用半连续熔炼方法铸造，进行均勻化处理后，在挤压机上挤压成棒材，挤压棒材进行合理的热处理；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、热挤压加工过程及挤压后热处理工艺选择的具体步骤如下1.熔炼:在半连续铸造设备上进行。原材料为工业纯镁锭、工业纯锌、工业纯锡和Mg-4. 1 % Mn中间合金。首先在电阻坩锅炉中加热工业纯镁，温度在700°C母料(镁锭)全部熔化，然后打渣并加入锌锭和镁-锰中间合金，待全部熔化后搅拌2 5分钟，静置15min ；然后加入纯锡，熔化后搅拌均勻，静置保温15min，之后降温到690 720°C浇铸成铸锭。2.挤压成型工序将上述铸锭在330 360°C下进行12 M小时的均勻化退火处理后，进行车皮。 将车皮的铸锭在温度为310 420°C下进行挤压变形加工成制品。3.挤压棒材的热处理工艺针对不同锡含量的挤压棒材可采用两种热处理方式固溶处理+人工时效(T6)和固溶处理+双级时效。1)固溶处理+人工时效此类热处理工艺只适用于锡含量为3 7%。先在400 440°C固溶处理1 6小时，水淬至室温；然后在160 200°C下时效 6 M小时，空冷至室温。2)固溶处理+双级时效此类热处理工艺适用于锡含量1 10%。先在400 440°C固溶处理1 6小时，水淬至室温；然后在70 90°C下首次时效16 M小时(一级时效)，随后在160 200°C下时效6 M小时(二级时效)，空冷至室温。其中固溶处理在一般的热处理炉中即可进行，无需气氛保护。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锌作为第一组元，其最高固溶度达到6.2%，具有显著的固溶强与时效强化双重作用。将挤压后的镁合金棒材加热到400 440°C固溶，可使锌原子充分固溶与基体中，经过充分保温后水淬，形成过饱和固溶体，保证了足够数量的MgSi析出相和时效强化效果。II.所述镁合金材料中添加的锡在共晶温度561°C的固溶度为14.85%，而在 200°C时固溶度为0. 45%，因此锡在所属镁合金材料中具有良好的固溶强化效果，后续人工时效处理可进一步发挥其时效强化效果，同时Sn主要以Mg2Sn高温相(熔点770V )存在， 该化合物分布弥散，具有第二相强化作用。III.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。IV.本专利技术镁合金材料兼有高强度和高屈强比，屈服强度明显高于传统商用高强度变形镁合金ZK60，抗拉强度也高于ZK60，并且价格明显低于160合金，只相当于普通 Mg-Al-Zn系镁合金的价格，因此本专利技术镁合金材料的性价比高。V.挤压态合金经过固溶处理+双级时效处理后，室温抗拉强度最高可达388Mpa， 此时屈服强度达384Mpa，屈强比高达0. 99。VI.由于金属挤压时需要根据金属的材料和工艺调整其挤压温度，所述镁合金具有良好的低温挤压性，可实现在310°C的挤压成型，具有良好的塑性成型性能。附图说明图1是本专利技术合金(实施例1、实施例4和实施例6)的X-射线衍射谱。横坐标为 2 θ角度；纵坐标为衍射强度(任意单位)；图2、图3、图4分别是本专利技术镁合金材料(实施例1、实施例4、实施例6)铸态的微观组织金相照片；图5是本专利技术镁合金材料(实施例4)均勻化态的微观组织金相照片；图6、图7是本专利技术镁合金(实施例4)挤压态、固溶态的微观组织金相照片；图8、图9是本专利技术镁合金(实施例4)固溶处理+人工时效和固溶处理+双级时效的微观组织金相照片；图10是本专利技术镁合金(实施例4)经过固溶处理+双级时效的Mn本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种具有高强度和高屈强比的镁合金，其特征在于，其各组份质量百分含量为：Ｚｎ：５．０～９．０％；Ｍｎ：０．５～１．５％；Ｓｎ：１．０～１０．０％；不可避免杂质≤０．１５％；其余为镁。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张丁非，齐福刚，兰伟，徐杏杏，罗素琴，段作衡，朱曾涛，赵霞兵，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85
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