高強(qiáng)度高塑性鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎂合金，特別涉及一種高強(qiáng)度高塑性鎂合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境問(wèn)題的越來(lái)越突出，交通運(yùn)輸行業(yè)對(duì)輕量化高性能材料越來(lái)越重視。鎂 合金具有密度輕，比強(qiáng)度及比剛度高、壓鑄性能及阻尼性能好等鋁合金不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，全 面替代鋁合金為必然發(fā)展趨勢(shì)。目前，最常見(jiàn)的商用壓鑄鎂合金都為Mg-Al合金，其中，力 學(xué)性能較好的AZ91合金（Mg-9Al-lZn)的室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為230Mpa、 150MPa和3. 5%，其值大大低于鋁合金，尤其是過(guò)低的塑性限制其在汽車上的應(yīng)用。
[0003] 稀土元素（RE)具有獨(dú)特的外層電子結(jié)構(gòu)，不僅能有效地改善合金的鑄造性能及 減少縮松和熱裂傾向，還可顯著優(yōu)化合金的顯微組織和提高力學(xué)性能。但單獨(dú)添加一種稀 土元素對(duì)合金的力學(xué)性能提高有限，加入多種稀土元素時(shí)，由于元素間的相互影響，不僅可 以降低彼此在鎂基體中的固溶度，還可以明顯提高合金的強(qiáng)化效果。因此采用多元稀土合 金化是減少稀土使用量、提高力學(xué)性能的必然選擇。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)高強(qiáng)高塑性壓鑄稀土鎂 合金的應(yīng)用研究還較少，尤其是壓鑄性能良好的低稀土含量高強(qiáng)高塑性壓鑄稀土鎂合金還 未見(jiàn)報(bào)道。
[0004] 我國(guó)的鎂及稀土資源十分豐富，因此，開(kāi)發(fā)出適應(yīng)我國(guó)基本國(guó)情的高強(qiáng)高塑性壓 鑄稀土鎂合金，全部或部分替代鐵、銅、鋁合金及塑料元件，滿足工業(yè)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)，具 有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前商用Mg-Al系壓鑄鎂合金強(qiáng)度低，塑性差等缺點(diǎn)，提 供了一種高強(qiáng)高塑性壓鑄鎂合金及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)度高塑性鎂合金，該鎂合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為： 7. 5 ~9. 0% Α1，0· 5 ~I. 0% Zn，0. 1 ~0· 5% Mn，0. 1 ~I. 0% La，0. 1 ~I. 0% Y，0. 1 ~ 1.0% Nd，0. 1~1.0% Ca，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0007] 上述的高強(qiáng)度高塑性鎂合金，該鎂合金的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為：7. 5~9. 0% Al，0.5~0.8%Zn，0.1~0.2%Mn，0.1~0.8%La，0.1~0.5%Y，0.1~0.8%Nd，0.1~ 0. 6% Ca，其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0008] 上述的高強(qiáng)度高塑性鎂合金，在鑄態(tài)下，該鎂合金的抗拉強(qiáng)度為268~301MPa，屈 服強(qiáng)度為175~195MPa，伸長(zhǎng)率5. 2~10. 2%。
[0009] 本發(fā)明還提供一種制備上述的高強(qiáng)度高塑性鎂合金的制備方法，該方法包括以下 步驟：
[0010] Sl :按設(shè)計(jì)的合金成分取鎂錠、鋁錠、鋅錠、Mg-Y中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-La 中間合金、Mg-Ca中間合金及Al-Mn中間合金配料稱重；
[0011] S2 :將鎂錠、鋁錠預(yù)熱并加熱熔化形成熔體，將熔體升溫至700~720°C，再將鋅 錠、Mg-Y中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-La中間合金、Mg-Ca中間合金、Al-Mn中間合金直 接加入熔體中，使其融化，并攪拌均勻；
[0012] S3 :再將攪勻后的熔體升溫至730~750°C，進(jìn)行精煉，再保溫靜置，
[0013] S4 :將精煉后的熔體冷卻，再扒去表面浮渣，然后進(jìn)行壓鑄以獲取鎂合金產(chǎn)品。
[0014] 上述的制備方法，鎂錠的純度彡99. 99%，鋁錠的純度彡99. 95%，鋅錠的純度 彡 99. 99% 〇
[0015] 上述的制備方法，在步驟S2中，所述攪拌為機(jī)械攪拌，攪拌時(shí)間2~5min，攪拌速 度為 30 ~60r/min，
[0016] 上述的制備方法，在步驟S3中，通入Ar氣攪拌精煉除氣，攪拌時(shí)間5~lOmin，氣 體壓力為〇· 2~0· 5Mpa，通氣量2~5L/min。
[0017] 上述的制備方法，在步驟S3中，保溫靜置時(shí)間為20~50min。
[0018] 上述的制備方法，在步驟S4的壓鑄過(guò)程中，澆注溫度為660°C~720°C，模具溫度 為220°C~280°C，一級(jí)與二級(jí)壓射速度彡0. 2m/s，三級(jí)壓射速度為4~6m/s，壓射比壓 60 ~85MPa〇
[0019] 上述的制備方法，在步驟S4中，將精煉后的熔體冷卻至680°C~720°C。
[0020] 實(shí)施本發(fā)明的有益效果在于：在輕稀土元素中，La與Al優(yōu)先形成長(zhǎng)條狀的Al11La 3 相，這種相更能阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，其次這種相的分解能高于Al11CeJP Al nNcMf，因此合金 具有較好的耐熱性能，Nd元素在鎂基體中的最大固溶度為3. 6wt. %，它能顯著地提高鎂合 金的力學(xué)性能和蠕變抗力，Y元素具有比Nd元素更優(yōu)異的固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化效果，在晶 界處形成的細(xì)小彌散分布的Al 2(Nd, Y)或Al11 (Nd,幻3相能夠顯著地提高合金的力學(xué)性能。 少量Ca固溶進(jìn)Mg17Al 12相中，可提高合金的力學(xué)性能及耐熱性能，但以上元素單獨(dú)添加對(duì) 合金力學(xué)性能的提高有限。因此，在本發(fā)明中通過(guò)復(fù)合添加多種元素，由于元素間的相互影 響，不僅可以降低彼此在鎂基體中的固溶度，減少稀土使用量，還可以明顯提高合金的強(qiáng)化 效果，從而得到一種具有高強(qiáng)度、高塑性的鎂合金。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0022] 實(shí)例 1
[0023] 將鎂錠、鋁錠預(yù)熱到250°C，放入預(yù)熱到350°C的熔爐內(nèi)加熱熔化，待合金完全熔 化后形成熔體，將熔體升溫至720°C時(shí)，將鋅錠、Mg-La、Mg-Nd、Mg-Ca、Mg-Y、Al-Mn中間合 金直接加入熔體中，待加入熔體的合金熔化后，機(jī)械攪拌2min，攪拌速度為30r/min，攪拌 均勻；再將攪勻后的熔體升溫至740°C，將Ar氣通入熔液底部，精煉攪拌lOmin，氣體壓力為 0. 5Mpa，通氣量5L/min ;然后保溫靜置20min。最后將精煉后的熔體降溫至700°C，扒去表 面浮渣，在冷室壓鑄機(jī)上進(jìn)行壓鑄生產(chǎn)，壓鑄生產(chǎn)的一級(jí)與二級(jí)壓射速度0. 16m/s，三級(jí)壓 射速度為5. 5m/s，澆注溫度690°C，模具溫度為250°C，壓射比壓60MPa，由此壓鑄獲得鎂合 金產(chǎn)品，該鎂合金產(chǎn)品為試樣1。其中，鎂錠的純度多99. 99%，鋁錠的純度多99. 95%，鋅錠 的純度彡99. 99%。
[0024] 表1該試樣1的鎂合金產(chǎn)品成分（按質(zhì)量百分比）
[0026] 將壓鑄的合金試樣打磨后進(jìn)行拉伸，測(cè)得的合金室溫抗拉強(qiáng)度為268MPa，屈服強(qiáng) 度為175MPa，伸長(zhǎng)率5. 2%。
[0027] 實(shí)施例2
[0028] 將鎂錠、鋁錠預(yù)熱到250°C，放入預(yù)熱到350°C的熔爐內(nèi)加熱熔化，待合金完全熔 化后形成熔體，將熔體升溫至700°C時(shí)，將鋅錠、Mg-La、Mg-Nd、Mg-Ca、Mg-Y、Al-Mn中間合 金直接加入熔體中，待加入熔體的合金熔化后，機(jī)械攪拌5min，攪拌速度為60r/min，攪拌 均勻，再將攪勻后的熔體升溫至73