專利名稱：：一種細晶粒高強變形鎂合金材料的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種鎂合金材料，尤其涉及一種具有穩(wěn)定細晶粒組織和高強度的變形鎂合金。屬于金屬材料
技術領域：
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背景技術：
：鎂合金是最輕的工業(yè)結構材料，近年來在3C、航空航天、交通運輸等行業(yè)受到愈來愈廣泛的關注。但是，鎂合金的發(fā)展應用遠不及鋁合金，其主要原因有兩點第一，鎂的絕對強度不足；第二，鎂的塑性變形能力差，還無法滿足許多工業(yè)產品和設備的要求。眾所周知，在金屬材料強化機制當中，僅晶粒細化既可以提高材料的強度同時又提高材料的塑性。目前，晶粒細化方式有兩大類，一類是鑄態(tài)晶粒細化，即在鑄造成型過程中，通過向液態(tài)金屬中添加晶粒細化劑，如碳類變質劑(MgC03、CaC03、C2C16)、Mg-Zr中間合金等，或對熔體施加物理作用力，使合金凝固結晶時形成細小晶粒的鑄態(tài)組織，但是其晶粒細化效果有限；另一類是動態(tài)再結晶晶粒細化，即在熱變形過程中通過再結晶生成細小無畸變的新晶粒。鎂的層錯能低，易于發(fā)生動態(tài)再結晶，實踐表明可以有效細化晶粒。但是目前應用的商業(yè)鎂合金，其熱變形細晶組織穩(wěn)定性不夠好，在熱加工后冷卻到室溫的過程中即有大的晶粒長大傾向，從而導致鎂合金制品塑性降低。為了將熱變形后的細晶組織保留下來，目前生產中普遍釆用快速冷卻方式；但是即便如此，由于熱加工后的鎂合金制品通常還需要經過后續(xù)的溫、熱加工或熱處理來調整其內部組織、外型尺寸和性能等以滿足不同的使用要求，在這些工序當中仍然將發(fā)生晶粒長大。
發(fā)明內容針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種具有穩(wěn)定細晶粒組織和高強度的變形鎂合金。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種細晶粒高強變形鎂合金材料，其特征在于，所述鎂合金由鎂、鋅、鋯和稀土鉺組成，其重量百分組成為鋅8.5%~9.5%、鋯0.40.8%、稀土鉺0.4%~4.0%，其余為鎂和不可避免的雜質。相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果1.本發(fā)明細晶粒高強變形鎂合金材料中由于添加了稀土元素鉺，鉺與合金元素鋅以及基體元素鎂結合形成一定體積分數和大小的Mg-Zn-Er三元化合物相，該化合物相具有較高的熔點和熱穩(wěn)定性，在熱變形過程中能夠有效釘扎晶界，抑制再結晶晶粒長大，得到細小的熱變形晶粒組織。2.本發(fā)明與傳統(tǒng)高強度變形鎂合金相比，提高了合金元素鋅的含量，彌補了因鋅與稀土化合而導致的基體鋅固溶度的降低，從而保證了足夠數量的MgZn析出相和時效強化效果，使材料具有高強度。而且，含鉺的一定體積分數和大小的高穩(wěn)定性第二相誘發(fā)MgZn時效強化相在熱變形過程中的動態(tài)析出，形成均勻細小的粒狀彌散析出相，明顯提高合金強度和塑性。3.本發(fā)明的細晶變形鎂合金具有很好的熱穩(wěn)定性，能有效抑制后續(xù)熱機械處理中的化合物粗化和晶粒長大。4.本發(fā)明的變形鎂合金材料不需要施加特殊的工藝措施，如等通道擠壓、快速冷卻等，在普通工業(yè)化擠壓、軋制、鍛造等變形加工設備上變形加工，即可獲得尺寸在210nm的細小晶粒組織。5.本發(fā)明的細晶粒高強變形鎂合金，可以根據成品或半成品的使用性能和加工性能要求，通過合適的熱處理有效調整其強度、塑性、加工硬化指數等力學性能指標。圖1是本發(fā)明細晶粒高強變形鎂合金材料的合金擠壓態(tài)組織的典型形貌照片，其中(a)為金相顯微組織照片，(b)為掃描電子顯微鏡照片；圖2是本發(fā)明細晶粒高強變形鎂合金材料的合金擠壓后，經固溶時效熱處理的組織的典型掃描電子顯微鏡照片；圖3是本發(fā)明細晶粒高強變形鎂合金材料的合金擠壓后固溶處理態(tài)在室溫下的典型拉伸力學性能曲線。具體實施例方式以下結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例l:一種細晶粒高強變形鎂合金材料，所述鎂合金中各組份的重量百分比為鋅8.7°/。、鋯0.7%、鉺0.5%，其余為鎂和不可避免的雜質。實施例2:—種細晶粒高強變形鎂合金材料，所述鎂合金中各組份的重量百分比為鋅9.4%、鋯0.6%、鉺2.1%，其余為鎂和不可避免的雜質。實施例3:—種細晶粒高強變形鎂合金材料，所述鎂合金中各組份的重量百分比為鋅8.5%、鋯0.5%、鉺4.0%，其余為鎂和不可避免的雜質。實施例4:一種細晶粒高強變形鎂合金材料，所述鎂合金中各組份的重量百分比為鋅9.1%、鋯0.6%、鉺0.7%，其余為鎂和不可避免的雜質。本發(fā)明的細晶粒高強變形鎂合金材料可以采用以下制備工藝來制取按照上述實施例的成分配制合金，原材料為工業(yè)純鎂錠、工業(yè)純鋅錠、Mg-3P/。Zr中間合金和Mg-30。/。Er中間合金，采用半連續(xù)鑄造法熔煉鑄造。首先，在電阻坩堝爐中加熱熔化工業(yè)純鎂，75(TC左右打渣加入鋅錠和鎂鋯中間合金，當全部熔化后攪拌2-5分鐘，使合金成分均勻化，接著精煉4-8分鐘、靜置保溫30分鐘；然后，加入鎂鉺中間合金，熔化后攪拌均勻，加入精煉劑如RJ-4，精煉4-8分鐘，靜置保溫30分鐘，之后降溫至720。C左右，在C02和SF6混合氣體保護下澆注。將澆注獲得的鑄錠鋸切車皮，之后在315'C均勻化處理20小時，然后進行擠壓。擠壓前鑄錠在400'C預熱90分鐘，擠壓比25，擠壓速度lm/min。擠壓后空冷至室溫。本發(fā)明實施例1^4擠壓態(tài)棒材的室溫力學性能如表1所示。表1合金的力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由表l可以看出，本發(fā)明(實施例1~4)的合金與目前商業(yè)高強度變形鎂合金ZK60相比，抗拉強度和屈服強度顯著提高，而且具有優(yōu)良的塑性。圖l(a)為本發(fā)明細晶粒高強變形鎂合金材料的合金熱擠壓后空冷至室溫的典型組織形貌照片，照片顯示合金具有細小的晶粒組織。圖l(b)為掃描電鏡形貌，其中12叫左右尺寸較大、體積分數較少的顆粒為稀土Er與Zn、Mg結合生成的Mg-Zn-Er三元化合物相；尺寸在納米數量級的細小粒子為MgZn時效析出相。Mg-Zn-Er三元化合物具有較高的熔點和熱穩(wěn)定性，在熱變形過程中可以穩(wěn)定存在，其周圍的高能應變區(qū)可以提供新相形核所需的能量，從而促進MgZn時效相的析出；而彌散分布的細小MgZn析出相具有明顯的析出強化作用，并且這些均勻分布的細小粒子對基體塑性的割裂作用較小，在顯著提高材料強度的同時，不會對塑性產生明顯影響。本發(fā)明合金與ZK60合金相比，提高了鋅含量，彌補了因鋅與稀土化合而導致的基體鋅固溶度的降低，從而保證了足夠數量的MgZn析出相和時效強化效果，確保材料具有高強度。另外，高穩(wěn)定性的Mg-Zn-Er三元相有效釘扎晶界，抑制晶粒長大，提高材料的熱穩(wěn)定性。圖2是合金經410°CX1.5~2h+200'CX10h的固溶時效處理后的典型掃描電鏡照片，照片顯示化合物仍穩(wěn)定存在，而晶粒仍為5l(Htm的等軸細晶，表明組織具有很好的穩(wěn)定性。圖3是固溶處理態(tài)合金室溫下的典型拉伸力學性能曲線。經過合適的后續(xù)熱處理可以有效調整合金的強度、塑性、加工硬化指數等力學性能指標，圖3顯示合金抗拉強度仍高于330MPa，而延伸率進一步增加，為24%，加工硬化指數在0.20以上，表明合金具有優(yōu)良的使用塑性和進一步塑性加工的能力，能夠滿足成品或半成品的使用性能和加工性能要求。權利要求1.一種細晶粒高強變形鎂合金材料，其特征在于，所述鎂合金由鎂、鋅、鋯和稀土鉺組成，其重量百分組成為鋅8.5％～9.5％、鋯0.4～0.8％、稀土鉺0.4％～4.0％，其余為鎂和不可避免的雜質。2.根據權利要求1所述的變形鎂合金材料，其特征在于，所述鎂合金中各組份的重量百分比為鋅8.7%、鋯0.7%、鉺0.5%，其余為鎂和不可避免的雜質。3.根據權利要求1所述的變形鎂合金材料，其特征在于，所述鎂合金中各組份的重量百分比為鋅9.4%、鋯0.6%、鉺2.1%，其余為鎂和不可避免的雜質。4.根據權利要求1所述的變形鎂合金材料，其特征在于，所述鎂合金中各組份的重量百分比為鋅8.5%、鋯0.5%、鉺4.0%，其余為鎂和不可避免的雜質。5.根據權利要求1所述的變形鎂合金材料，其特征在于，所述鎂合金中各組份的重量百分比為鋅9.1%、鋯0.6%、鉺0.7%，其余為鎂和不可避免的雜質。全文摘要本發(fā)明提供了一種具有穩(wěn)定細晶粒組織和高強度的變形鎂合金材料，該合金各組份的重量百分比為鋅8.5％～9.5％、鋯0.4～0.8％、稀土鉺0.4％～4.0％，其余為鎂和不可避免的雜質。該合金材料不需要施加特殊的工藝措施，如等通道擠壓、快速冷卻等，在普通工業(yè)化擠壓、軋制、鍛造等變形加工設備上變形加工，即可獲得尺寸在2～10μm的穩(wěn)定細小晶粒組織，并且通過合適的熱處理可以有效調整材料的強度、塑性、加工硬化指數等力學性能指標，滿足成品或半成品的使用性能和加工性能要求。文檔編號C22C23/00GK101476073SQ200910103079公開日2009年7月8日申請日期2009年1月16日優(yōu)先權日2009年1月16日發(fā)明者左汝林,靜張,亮楊,潘復生,奇馬申請人:重慶大學