專利名稱：一種含稀土釔的高塑性鎂合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料，特別涉及一種添加釔稀土元素以提高合金擠壓塑性的鎂合金。
背最技術(shù)我國鎂礦資源豐富，因此，研究和開發(fā)性能優(yōu)良、規(guī)格多樣的鎂合金材料對國民經(jīng)濟(jì)具有很重要的作用。鎂合金是一種新型輕金屬材料，是目前工業(yè)應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有較高的比強(qiáng)度、比剛度以及良好的減震降噪和切削加工等性能，在航空航天、交通工具和3C產(chǎn)品等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前，鎂及鎂合金的需求量以每年20％以上的速率增長，已逐漸發(fā)展為繼鋼鐵和鋁合金之后的第三大金屬材料。
鎂合金材料通過塑性變形，可以加工生產(chǎn)出尺寸多樣的板、棒、管、型材及鍛件產(chǎn)品，并且可以通過熱處理控制材料的組織和性能。由于鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)是密排六方結(jié)構(gòu)，而鎂及鎂合金最常見的滑移系為α柏氏矢量的基面({0001}<1120>)和棱面滑移系({1100}<1120>)，一共提供5個幾何滑移系和4個獨(dú)立滑移方式。棱面滑移系在常溫下不活潑，滑移系難以滑動，所以塑性比較差，嚴(yán)重限制了鎂合金的應(yīng)用。
目前國內(nèi)外許多研究單位對改善鎂合金塑性主要是研究鎂合金的超塑性。由于鎂合金的超塑性一般是在非常緩慢的應(yīng)變速率下才可以實(shí)現(xiàn)，不能用于工業(yè)應(yīng)用。傳統(tǒng)的高強(qiáng)鎂合金一般是指Mg-Zn-Zr合金，其典型的合金牌號是ZK60，最大的特點(diǎn)是強(qiáng)度高，一般在320～350MPa，但存在塑性差的缺點(diǎn)，斷后伸長率一般不超過12％，限制了其應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種鎂合金材料。它在保持傳統(tǒng)的高強(qiáng)鎂合金的強(qiáng)度條件下，大大提高了其塑性，以利于塑性成型。
本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)方法是，該鎂合金由Mg、Zn、Zr、Y等組成，各組分質(zhì)量百分含量為Zn5.0～8.5％；Zr0.6～0.8％；Y0.7～2.0％，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明鎂合金較好組成為，各組分質(zhì)量百分含量為Zn5.5％；Zr0.8％；Y2.0％，剩余部分為Mg和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明不可避免的雜質(zhì)為Fe、Si、Al、Mn，其總量＜0.1％按照通常鎂合金的冶煉方法取得上述鎂合金材料，進(jìn)行均勻化處理，在擠壓機(jī)上擠壓，同時快速冷卻，可以加工出各種鎂合金產(chǎn)品。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.均勻化處理可以使鋅、釔合金元素固溶到鎂基體中，而且在隨后擠壓出棒材時快速冷卻，合金元素與鎂基體形成固溶體，對合金起到了強(qiáng)化作用。
2.本鎂合金提高了鋯的含量，由于鋯具有明顯細(xì)化晶粒的作用，因此鋯含量的增加，有利于提高合金的綜合性能。
3.由于金屬擠壓時需要根據(jù)金屬的材料和工藝調(diào)整其擠壓溫度，而本發(fā)明鎂合金的擠壓溫度大大超過了合金的再結(jié)晶溫度，擠壓過程中發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，擠壓后經(jīng)過快速冷卻，使再結(jié)晶剛好完成，而晶粒來不及長大，所以棒材晶粒細(xì)小，一定程度上提高了材料的塑性。
4.由于釔的加入，阻礙了晶界的擴(kuò)展，也就是阻止晶粒的長大，進(jìn)一步細(xì)化了晶粒，對塑性的提高起到了重要作用。
本發(fā)明材料保持傳統(tǒng)的高強(qiáng)鎂合金的強(qiáng)度，使其塑性大大提高，能用于工業(yè)生產(chǎn)。通過對金屬塑性成型可以加工出尺寸多樣的板、棒、管、型材及鍛件產(chǎn)品，并且可以通過熱處理控制材料的組織和性能。
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。但本發(fā)明不僅限于這些例子。


圖1是編號為A的鎂合金擠壓態(tài)微觀組織照片；圖2是編號為C的鎂合金擠壓態(tài)微觀組織照片；圖3是牌號為ZK60的鎂合金擠壓態(tài)微觀組織照片；圖4是編號為A的鎂合金沒采取快速冷卻技術(shù)鎂合金擠壓態(tài)微觀組織照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例用下列配方，按鎂合金的通常冶煉方法，即可得到本發(fā)明的含稀土釔的高塑性鎂合金(以下為質(zhì)量百分含量)

按上述配方，用下列方法冶煉得到本發(fā)明鎂合金1.熔煉在半連續(xù)鑄造設(shè)備上進(jìn)行。母料成分為Mg95.3％，Zn4.0％，Zr0.30％，Y0.40％，用熔劑覆蓋后開始加熱，在700℃母料全部熔化，然后分別按A、B、C含稀土的鎂合金材料配比加入合金元素Zn錠。Zr、Y是以Mg-Zr、Mg-Y中間合金的形式加入，其中Zr、Y的質(zhì)量百分比分別為25.58、23.42，按照A、B、C含稀土的鎂合金材料配比要求調(diào)整Mg、Zr、Y的含量。加料后進(jìn)行攪拌并繼續(xù)加熱至750℃，靜置保溫30分鐘，之后降溫至690～720℃澆鑄，即得A、B、C含稀土的鎂合金材料的鑄錠。
取上述A、B、C含稀土釔的鎂合金材料按下列步驟分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)2.機(jī)加工根據(jù)擠壓機(jī)擠壓筒的尺寸進(jìn)行鋸切、車皮等機(jī)加工至合適尺寸；3.均勻化處理；4.擠壓加工在擠壓機(jī)上擠壓成棒材，同時快速冷卻。主要擠壓參數(shù)見表1。
表1 Mg-Zn-Zr-Y鎂合金的主要擠壓參數(shù)

5.力學(xué)性能測試根據(jù)GB228-2002將擠壓棒材加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得出性能數(shù)據(jù)見表2。
表2擠壓棒材力學(xué)性能

由表2可以看出，加入稀土元素以后，合金的抗拉強(qiáng)度與原ZK60鎂合金基本相當(dāng)，其屈服強(qiáng)度略有升高。但對比延伸率的變化可以明顯發(fā)現(xiàn)，加入稀土后鎂合金的延伸率平均超過20％，比原ZK60提高了近一倍，大大改善了材料的綜合性能。
參見圖1、圖2。圖1、圖2為編號A、C的鎂合金擠壓態(tài)微觀組織照片，其晶粒比較均勻，且晶粒平均直徑大概為5～8μm左右；參見圖3。圖3為ZK60擠壓態(tài)微觀組織照片，其晶粒則大的多，平均在30～40μm，參見圖4。圖4是編號為A的鎂合金沒采取快速冷卻技術(shù)合金A的擠壓態(tài)組織，其晶粒尺寸大約為20μm左右。
結(jié)論加入高含量的鋯、稀土金屬釔并采用快速冷卻的鎂合金，其塑性變形性能大大提高。
權(quán)利要求
1.一種含稀土釔的高塑性鎂合金，其特征在于該鎂合金由Mg、Zn、Zr、Y組成，其各組分質(zhì)量百分含量為Zn5.0～8.5％；Zr0.6～0.8％；Y0.7～2.0％，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土釔的高塑性鎂合金，其特征在于該鎂合金由Mg、Zn、Zr、Y組成，其各組分質(zhì)量百分含量為Zn5.5％；Zr0.8％；Y2.0％，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含稀土釔的高塑性鎂合金，其特征在于該鎂合金由Mg、Zn、Zr、Y組成，其各組分質(zhì)量百分含量為Zn5.0～8.5％；Zr0.6～0.8％；Y0.7～2.0％，剩余部分為鎂和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明材料能保持傳統(tǒng)的高強(qiáng)鎂合金的強(qiáng)度，使其塑性大大提高。用于工業(yè)生產(chǎn)，通過對金屬塑性成型可以加工出尺寸多樣的板、棒、管、型材及鍛件產(chǎn)品，并且可以通過熱處理控制材料的組織和性能。
文檔編號C22C23/04GK1616697SQ200410081258
公開日2005年5月18日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者丁培道, 張丁非, 潘復(fù)生, 彭建, 董國振 申請人:重慶大學(xué)