專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有室溫?cái)D壓特性的鎂合金及其擠壓材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有室溫?cái)D壓特性的鎂合金及其擠壓材的制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度小、比強(qiáng)高以及減振性、電磁屏蔽性和機(jī)械加工性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)， 是結(jié)構(gòu)輕量化的理想材料，近年來(lái)鎂合金的研究與應(yīng)用得到高度重視。眾所周知，鎂是密排六方晶格結(jié)構(gòu)，室溫塑性變形時(shí)只能產(chǎn)生基面滑移，且只有兩個(gè)獨(dú)立的滑移系，因此室溫塑性低，一般不宜冷加工，工業(yè)上多采用熱加工的方式，在250°C及以上溫度生產(chǎn)鎂合金變形材，這不僅導(dǎo)致了鎂合金變形加工工藝與設(shè)備的復(fù)雜化，而且也影響變形產(chǎn)品的高性能化。 因此，發(fā)展可在250°C以下，甚至室溫下加工生產(chǎn)的高塑性或高成形性鎂合金對(duì)拓展鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。傳統(tǒng)上，提高鎂合金塑性變形能力的研究多集中在變形溫度、變形量和變形速率、 應(yīng)力狀態(tài)等變形工藝與條件的優(yōu)化上，但收效甚微。通過(guò)合金化實(shí)現(xiàn)提高鎂合金的塑性是另一途徑，其中Mg-Li合金是典型代表，但Mg-Li合金的強(qiáng)度低、耐蝕性極差，同時(shí)因大量添加鋰(>5. 3wt. %)而造成該合金昂貴，除了少量軍事用途外，未能得到廣泛應(yīng)用。近年，通過(guò)新型合金的開(kāi)發(fā)以及新合金與新工藝方法的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)鎂合金塑性提高的技術(shù)方案日益得到重視。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種具有室溫?cái)D壓特性的鎂合金及其擠壓材的制備方法，目的是制備能室溫?cái)D壓變形且擠壓材具有高塑性的鎂合金，本發(fā)明中的室溫是通常所說(shuō)的室溫25°C。本發(fā)明的鎂合金為Mg-Zn-RE系鎂合金，按質(zhì)量百分比，所述的Mg-Zn-RE系鎂合金含有 1. 0% 3. 0% 的 Zn, 0. 1% 1· 0% 的 Y、Nd、Gd、Ce 或 MM, Mg 為余量。所述的MM為富Ce混合稀土，按質(zhì)量百分比，其中Ce含量至少為50%，余量為L(zhǎng)a， Nd 禾口 Pr。制備本發(fā)明的具有室溫?cái)D壓特性鎂合金的擠壓材按照以下步驟進(jìn)行
(1)采用電阻熔煉爐或者燃?xì)馊蹮挔t，在五號(hào)熔劑的保護(hù)下，將金屬鎂熔化并加熱至 730° C 740° C熔化，按鎂合金的質(zhì)量百分比，加入1. 0% 3. 0%的Zn, 0. 1% 1· 0%的Y、Nd、 GcUCe或MM，制備Mg-Zn-RE系鎂合金熔體，采用六氯乙烷與熔劑對(duì)上述Mg-Zn-RE系鎂合金熔體進(jìn)行凈化處理，熔體經(jīng)攪拌后降溫至680° (Γ700° C進(jìn)行鑄造；
(2)采用低頻電磁油滑半連續(xù)鑄造，電磁頻率為30Hz，安匝數(shù)為6000AT，在SF6+0)2混合氣體保護(hù)氣氛下，鑄造規(guī)格為橫截面直徑10(T300mm的鎂合金鑄造錠坯，將得到的鑄造錠坯在410士 10° C下退火10小時(shí)，然后定尺、扒皮，備用；
(3)在室溫 250°C的條件下，采用反向擠壓裝置對(duì)定尺和扒皮后的Mg-Zn-RE系鎂合金鑄造錠坯進(jìn)行反向擠壓，擠壓比為8 20，擠壓速度為4. 5 Sm/min，得到Mg-Zn-RE系或擠壓棒材；
所述的SF6+0)2混合氣體中SF6和(X)2體積比為1 10。所述的反向擠壓裝置包括中空的擠壓桿、擠壓模具、擠壓筒、擠壓墊片和擠壓底座，在擠壓底座上裝配有擠壓筒，擠壓筒內(nèi)底部裝配有擠壓墊片，擠壓墊片上方裝配有擠壓模具，擠壓模具上方裝配有中空的擠壓桿。其中擠壓模具是一個(gè)中空的圓柱體，圓柱體內(nèi)部從下到上依次是模角段、預(yù)工作帶、定徑工作帶和出口段，模角為3(Γ45°，出口段的直徑大于工作帶的直徑，預(yù)工作帶直徑大于定徑工作帶直徑，預(yù)工作帶與定徑工作帶的長(zhǎng)度之比為0. 5^0. 8，定徑工作帶長(zhǎng)度為壙8mm。所述的反向擠壓裝置在進(jìn)行擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁、坯料表面和擠壓筒內(nèi)壁涂抹二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(1)本發(fā)明的Mg-Zn-RE系鎂合金具有低Si和低稀土合金化特點(diǎn)，該合金具有可在室溫進(jìn)行反向擠壓變形且具有高塑性指標(biāo)的特點(diǎn)。(2)本發(fā)明反向擠壓裝置采用了模角3(Γ45°的小模角設(shè)計(jì)，同時(shí)采用雙工作帶設(shè)計(jì)，緩解了鎂合金瞬間擠壓力峰值高的問(wèn)題，并保證了擠壓材的高表面質(zhì)量。(3)本發(fā)明的Mg-Zn-RE系鎂合金在室溫反向擠壓的擠壓材，其室溫拉伸性能為 抗拉強(qiáng)度 Rm=25(T290MPa，屈服強(qiáng)度 RpC1.2=21(T280MPa ；延伸率 A=15% 40%。


圖1為本發(fā)明鎂合金的典型鑄造組織； 圖2為本發(fā)明鎂合金的典型均勻化退火組織； 圖3為本發(fā)明鎂合金反向擠壓裝置示意其中1 擠壓桿；2 擠壓筒；3 擠壓模具；4 擠壓墊片；5 擠壓底座；
圖4為本發(fā)明鎂合金反向擠壓裝置中擠壓模具3的結(jié)構(gòu)示意其中3-1 模角段；3-2 預(yù)工作帶；3-3 定徑工作帶；3-4 出口段；
圖5為本發(fā)明鎂合金擠壓棒材的拉伸試樣尺寸圖6為本發(fā)明實(shí)例1的鎂合金室溫?cái)D壓棒材的典型金相組織；
圖7為本發(fā)明實(shí)例1鎂合金擠壓溫度對(duì)棒材擠壓態(tài)室溫拉伸力學(xué)性能的影響曲線(xiàn)；
圖8為本發(fā)明實(shí)例2的鎂合金室溫?cái)D壓棒材的典型金相組織；
圖9為本發(fā)明實(shí)例3的鎂合金室溫?cái)D壓棒材的典型金相組織；
圖10為本發(fā)明實(shí)例4的鎂合金室溫?cái)D壓棒材的典型金相組織。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的反向擠壓裝置如圖3所示，包括中空的擠壓桿1、擠壓筒2、擠壓模具3、擠壓墊片4和擠壓底座5，在擠壓底座5上裝配有擠壓筒2，擠壓筒2內(nèi)底部是擠壓墊片4，擠壓墊片4上方是擠壓模具3，擠壓模具3上方是中空的擠壓桿1 ；
擠壓模具3的結(jié)構(gòu)如圖4所示，擠壓模具3是一個(gè)中空的圓柱體，其內(nèi)部從下到上依次是模角段3-1、預(yù)工作帶3-2、定徑工作帶3-3和出口段3-4，模角段的模角為30、5°，出口段3-4的直徑大于工作帶3-2的直徑，預(yù)工作帶直徑3-2大于定徑工作帶直徑3-3，預(yù)工作帶3-2與定徑工作帶3-3的長(zhǎng)度之比為0. 5^0. 8，定徑工作帶3_3的長(zhǎng)度為壙8mm。本實(shí)施例中的Mg和Si采用一級(jí)鎂錠和一級(jí)鋅錠加入，Y、Nd或Gd采用中間合金加入，Ce或匪采用純金屬，熔劑為市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)。實(shí)施例1
采用電阻熔煉爐，在五號(hào)熔劑的保護(hù)下，將金屬鎂熔化并加熱至730° C熔化，按鎂合金的質(zhì)量百分比，加入m的Si和0. 5%的Ce，所得鎂合金熔體用六氯乙烷和五號(hào)熔劑進(jìn)行凈化處理，熔體經(jīng)攪拌后降溫至700° C，在體積比為1:10的SFf^P CO2組成的混合氣體保護(hù)下，采用低頻電磁油滑半連續(xù)鑄造制備鎂合金錠坯，施加電磁條件為電磁頻率30Hz，安匝數(shù)6000AT，鑄造速度為100mm/min，水量為70L/min，得到規(guī)格為F165mm' 1800mm,化學(xué)分析組成為Mg-1. 92Zn-0. 32Ce的鎂合金錠坯，于410士 10° C退火10小時(shí)；退火結(jié)束后扒皮取F50mnT 120mm規(guī)格樣品在室溫 310° C的溫度下進(jìn)行反向擠壓；
采用如附圖3和附圖4所示的反向擠壓裝置，鎂合金樣品、模具、擠壓筒和擠壓墊片均為室溫或加熱至310° C以下，保溫2小時(shí)，在300噸油壓機(jī)上，以5. Om/min的擠壓速度擠壓鎂合金樣品，得到F12mm的鎂合金棒材，其擠壓比為17. 4，在擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁、坯料表面和擠壓筒內(nèi)壁涂抹二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂。附圖6為室溫?cái)D壓棒材的典型金相組織。將擠壓棒材取樣加工成如附圖5所示的拉伸試樣，在InstrOn8032拉伸機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸，拉伸速度為2mm/min。其擠壓態(tài)室溫拉伸力學(xué)性能如表1所示，可見(jiàn)，該合金能實(shí)現(xiàn)室溫或低于250°C擠壓變形。其擠壓態(tài)棒材室溫拉伸力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度 Rm=25(T290MPa，屈服強(qiáng)度RpQ.2=21(T280MPa，延伸率A=15 20% ；圖7為根據(jù)表1所繪制的曲線(xiàn)，可見(jiàn)，該鎂合金低溫?cái)D壓時(shí)有較高的延伸率，并有較高強(qiáng)度。表1實(shí)施例1的鎂合金擠壓棒材擠壓態(tài)室溫拉伸力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種具有室溫?cái)D壓特性的鎂合金，其特征在于是Mg-Zn-RE系鎂合金，按質(zhì)量百分比，含有 1. 0% 3. 0% 的 Zn, 0. 1% 1· 0% 的 Y、Nd、Gd、Ce 或 MM, Mg 為余量。
2.采用如權(quán)利要求1所述的一種具有室溫?cái)D壓特性的鎂合金制備擠壓材的方法按照以下步驟進(jìn)行(1)采用電阻熔煉爐或者燃?xì)馊蹮挔t，在五號(hào)熔劑的保護(hù)下，將金屬鎂熔化并加熱至 730° C 740° C熔化，按鎂合金的質(zhì)量百分比，加入1. 0% 3. 0%的Zn, 0. 1% 1· 0%的Y、Nd、 GcUCe或MM，制備Mg-Zn-RE系鎂合金熔體；采用六氯乙烷與五號(hào)熔劑對(duì)上述Mg-Zn-RE系鎂合金熔體進(jìn)行凈化處理，熔體經(jīng)攪拌后降溫至680° (Γ700° C進(jìn)行鑄造；(2)采用低頻電磁油滑半連續(xù)鑄造，電磁頻率為30Hz，安匝數(shù)為6000AT，在SF6+0)2混合氣體保護(hù)氣氛下，鑄造規(guī)格為橫截面直徑10(T300mm的鎂合金鑄造錠坯，將得到的鑄造錠坯在410士 10° C下退火10小時(shí)，然后定尺、扒皮，備用；(3)在室溫 250°C的條件下，采用反向擠壓裝置對(duì)定尺和扒皮后的Mg-Zn-RE系鎂合金鑄造錠坯進(jìn)行反向擠壓，擠壓比為8 20，擠壓速度為4. 5 Sm/min，得到Mg-Zn-RE系擠壓棒材。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備具有可室溫?cái)D壓特性的鎂合金擠壓材的方法，其特征在于所述的SF6+0)2混合氣體中SF6和(X)2體積比為1 10。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備具有可室溫?cái)D壓特性的鎂合金擠壓材的方法，其特征在于所述的反向擠壓裝置包括中空的擠壓桿、擠壓模具、擠壓筒、擠壓墊片和擠壓底座， 在擠壓底座上裝配有擠壓筒，擠壓筒內(nèi)底部裝配有擠壓墊片，擠壓墊片上方裝配有擠壓模具，擠壓模具上方裝配有中空的擠壓桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種反向擠壓裝置，其特征在于所述的擠壓模具是一個(gè)中空的圓柱體，圓柱體內(nèi)部從下到上依次是模角段、預(yù)工作帶、定徑工作帶和出口段，模角為 3(Γ45°，出口段的直徑大于工作帶的直徑，預(yù)工作帶直徑大于定徑工作帶直徑，兩工作帶長(zhǎng)度之比為0. 5^0. 8，定徑工作帶長(zhǎng)度為壙8mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種反向擠壓裝置，其特征在于所述的反向擠壓裝置在進(jìn)行擠壓前，在擠壓模具內(nèi)壁、鑄造坯錠表面和擠壓筒內(nèi)壁涂抹二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備具有可室溫?cái)D壓特性的鎂合金擠壓材的方法，其特征在于所述的制備得到的Mg-Zn-RE系擠壓棒材的抗拉強(qiáng)度Rm=25(T290MPa，屈服強(qiáng)度 Rp0.2=210"280MPa ；延伸率 A=15% 40%。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有室溫?cái)D壓特性的鎂合金及其擠壓材的制備方法。本發(fā)明的鎂合金為低Zn和低稀土合金化的Mg-Zn-RE系鎂合金，按質(zhì)量百分比，含有1.0%~3.0%的Zn，0.1%~1.0%的Y、Nd、Gd、Ce或MM，Mg為余量。采用低頻電磁油滑半連續(xù)鑄造本發(fā)明鎂合金錠坯，然后采用反向擠壓裝置對(duì)Mg-Zn-RE系鎂合金鑄造錠坯在室溫下進(jìn)行反向擠壓，擠壓比為8~20，擠壓速度為4.5~8m/min，得到Mg-Zn-RE系鎂合金的擠壓棒材。本發(fā)明的Mg-Zn-RE系鎂合金擠壓棒材室溫拉伸具有高塑性指標(biāo)。
文檔編號(hào)C22C23/04GK102492883SQ20111044594
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者樂(lè)啟熾, 崔建忠, 張志強(qiáng) 申請(qǐng)人:東北大學(xué)