一種高強度高塑性鎂合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強度高塑性鎂合金，按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni：3.0～4.5％；Y：4.0～5.0％；Zr：0.01～0.1％；不可避免雜質(zhì)≤0.15％；其余為鎂。本發(fā)明高強度高塑性鎂合金同時向鎂基體中加入Y和Ni元素，在合金冶煉成型過程，Y、Ni與鎂基體形成Mg2Ni和Mg12YNi相，其中Mg12YNi相為長周期堆垛結(jié)構(gòu)(LPSO)，既可提高合金的強度，又能提高合金塑性，Mg2Ni則通過第二相強化機理提高合金強度；本發(fā)明進一步向合金中加入適量的Zr元素，并通過控制冶煉、成型工藝使鋯以單質(zhì)形式彌散分布在基體中，起到細(xì)化晶粒的作用。
【專利說明】一種高強度高塑性鎂合金
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬領(lǐng)域，涉及一種新型鎂合金，特別涉及一種強度和塑性性能 優(yōu)異的鎂合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，具有密度?。↖. 74g/cm3)，比強度和比剛度 高，減振性能優(yōu)良，儲量豐富、易于回收的優(yōu)點，倍受材料工作者的關(guān)注，被譽為"21世紀(jì)最 重要的綠色工程金屬結(jié)構(gòu)材料"，有望在汽車、電子、電器、航天航空領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
[0003] 低強度是制約鎂合金推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。普通鎂合金（目前商用高強鎂合金材 料Mg-Zn-Zr合金，其典型的合金牌號如ZK60,該合金抗拉強度只有340MPa)的絕對強度 為100-350Mpa，遠(yuǎn)低于鋼的IOOOMpa和鋁合金的600Mpa，嚴(yán)重影響鎂合金的使用范圍。為 此，眾多材料工作者紛紛展開研究以期獲得抗拉強度超過400MPa、延伸率超過5%的鎂合 金材料；張丁非等人研制的高含鋅量的鎂-鋅-錳系鎂合金（申請?zhí)枺?00710078329. X) 雖然具有較高的延伸率（彡10% )，但抗拉強度仍然較低（彡360MPa) ;Y. Kawamura等在 材料學(xué)報-第42卷第7期第1172?1176頁上發(fā)表的文章 "Rapidly solidified powder metallurgy Mg97Zn1Y2Blloys with excellenttensile yield strength above600MPa，'中 公開了一種采用快速冷卻和粉末冶金（RS P/M)技術(shù)制備的Mg97Zn1Y2鎂合金，該鎂合金雖然 強度高達(dá)610MPa，但是延伸率仍然不高（約為5%)，且該合金的制備方法復(fù)雜，無法在實際 生產(chǎn)中應(yīng)用。
[0004] 為此，有必要研發(fā)一種通過簡單工藝即可獲得的高強度高塑性新型鎂合金。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種同時具有一種高強度和高塑性鎂合金。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種高強度高塑性鎂合金，按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni :3. 0?4. 5% ;Y :4. 0? 5. 0% ;Zr :0. 01?0. 1% ;不可避免雜質(zhì)彡0. 15% ;其余為鎂。
[0008] 優(yōu)選的，所述鎂合金按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni :3. 9?4. 15% ;Y :4. 6? 4. 85% ;Zr :0. 02?0. 06% ;不可避免雜質(zhì)彡0. 15% ;其余為鎂。
[0009] 進一步，所述鎂合金按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni :4. 03% ;Y :4. 74% :Zr :0. 03% ; 不可避免雜質(zhì)< 0. 15%。
[0010] 進一步，所述不可避免的雜質(zhì)中八1、51、(：11、？6單個含量<0.04%，總量<0.10%。
[0011] 進一步，所述鎂合金抗拉強度彡400MPa，延伸率彡5%。
[0012] 進一步，所述鎂合金屈服強度彡300MPa，延伸率彡7. 8%。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0014] 本發(fā)明高強度高塑性鎂合金同時向鎂基體中加入Y和Ni元素，在合金冶煉成型過 程，Y、Ni與Mg形成Mg 2Ni和Mg12YNi相。Mg12YNi相為長周期堆垛結(jié)構(gòu)（LPSO)，在擠壓態(tài)合金 中呈塊狀均勻分布于鎂基體中，而Mg2Ni在擠壓態(tài)合金中呈細(xì)小顆粒狀彌散分布于鎂基體 中，這兩種合金相通過第二相強化機理提高合金強度。Mg12YNi相在鑄態(tài)合金中以長棒狀形 態(tài)分布于鎂基體中，經(jīng)過擠壓處理，Mg 12YNi相發(fā)生扭折，部分扭折角度甚至達(dá)到小于45° 的程度（見圖2)，顯示出極高的塑性，因此Mg12YNi相在提高合金強度的同時，對合金塑性的 降低并不明顯，使得本發(fā)明合金具有高強度和高塑性。本發(fā)明進一步向合金中加入適量的 Zr元素，并通過控制冶煉、成型工藝使鋯以單質(zhì)形式彌散分布在基體中，起到細(xì)化晶粒的作 用。Y、Ni的含量超出本發(fā)明合金范圍，Mg 12YNi相逐漸減少至消失，合金的強度和塑性也隨 之降低。Al、Si、Cu、Fe雜質(zhì)的含量過高,合金的耐腐蝕性能降低,影響合金的使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是為實施例1、2所得合金的X-射線衍射譜；
[0016] 圖2是實施例2鑄態(tài)合金的微觀組織金相照片；
[0017] 圖3是實施例2擠壓態(tài)合金的微觀組織金相照片。
【具體實施方式】
[0018] 下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)的描述。
[0019] 下述實施例將公開一種高強度高塑性鎂合金，按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni : 3. 0?4. 5% ;Y :4. 0?5. 0% ;Zr :0· 01?0· 1% ;不可避免雜質(zhì)彡0· 15% ;其余為鎂。
[0020] 優(yōu)選的，按質(zhì)量計所述鎂合金由以下組分組成：Ni :3. 9?4. 15% ;Y :4. 6? 4. 85% ;Zr :0. 02?0. 06% ;不可避免雜質(zhì)彡0. 15% ;其余為鎂。
[0021] 進一步，按質(zhì)量計所述鎂合金由以下組分組成：Ni :4. 03% ;Y :4. 74% :Zr :0. 03% ; 不可避免雜質(zhì)< 0. 15% ;其余為鎂。
[0022] 實施例1 :
[0023] 本實施例中，所述鎂合金按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni :4. 03% ;Y :4. 74% :Zr : 0· 03% ;不可避免雜質(zhì)約為(λ 15%，其中 Al (λ 02%，Si (λ 02%，Cu (λ 01%，F(xiàn)e (λ 02%。
[0024] 本實施例制備高強度高塑性鎂合金的方法，包括以下步驟：
[0025] 1)、選材：按照上述質(zhì)量比選取原材料，本實施所選原材料為工業(yè)純鎂錠、工業(yè)純 鋯、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金；
[0026] 2)、冶煉：首先在電阻坩鍋爐中加熱工業(yè)純鎂至700°C，待母料全部熔化后，升溫 至750°C進行打渣；然后向坩鍋中加入鋯錠、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金，待 全部熔化后攪拌2?5分鐘，待成分均勻后靜置保溫15min ;
[0027] 3)、鑄造：將步驟2)的熔體降溫到700°C，在CO2和SF6混合氣體保護下澆注成鑄 錠；
[0028] 4)、機加工：車皮加工步驟3)所得鑄錠至適合擠壓筒的尺寸；
[0029] 5)、熱擠壓：首先將步驟4)的鑄錠加熱至470°C保溫16小時進行均勻化退火，然 后將鑄錠置于430°C保溫50min，最后將鑄錠擠壓成棒材；擠壓時擠壓比為11，擠壓速度為 2. Om/min ；
[0030] 6)、空冷步驟5)所得棒材至室溫。
[0031] 實施例2:
[0032] 本實施例中，所述鎂合金按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni :3. 54% ;Y :5.08% :Zr: 0.01%;不可避免雜質(zhì) 0.15%，其余為鎂，其中 Al 0.01%，Si 0.03%，Cu 0.02%，F(xiàn)e 0· 02%。
[0033] 本實施例制備高強度高塑性鎂合金的方法，包括以下步驟：
[0034] 1)、選材：按照上述質(zhì)量比選取原材料，本實施所選原材料為工業(yè)純鎂錠、工業(yè)純 鋯、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金；
[0035] 2)、冶煉：首先在電阻坩鍋爐中加熱工業(yè)純鎂至700°C，待母料全部熔化后，升溫 至750°C進行打渣；然后向坩鍋中加入鋯錠、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金，待 全部熔化后攪拌2?5分鐘，待成分均勻后靜置保溫15min ;
[0036] 3)、鑄造：將步驟2)的熔體降溫到710°C，在CO2和SF6混合氣體保護下澆注成鑄 錠；
[0037] 4)、機加工：車皮加工步驟3)所得鑄錠至適合擠壓筒的尺寸；
[0038] 5)、熱擠壓：首先將步驟4)的鑄錠加熱至470°C保溫18小時進行均勻化退火，然 后將鑄錠置于430°C保溫50min，最后將鑄錠擠壓成棒材；擠壓時擠壓比為11，擠壓速度為 L 5 ?3m/min ;
[0039] 6)、空冷步驟5)所得棒材至室溫。
[0040] 實施例3 :
[0041] 下述實施例將公開一種高強度高塑性鎂合金，按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni : 3. 0%;Y :5.0% ;Zr :0.01%;不可避免雜質(zhì) 0.12%;其余為鎂；其中 Al 0.02%，Si 0.02%， Cu 0· 02%，F(xiàn)e 0· 03%。
[0042] 本實施例制備高強度高塑性鎂合金的方法，包括以下步驟：
[0043] 1)、選材：按照上述質(zhì)量比選取原材料，本實施所選原材料為工業(yè)純鎂錠、工業(yè)純 鋯、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金；
[0044] 2)、冶煉：首先在電阻坩鍋爐中加熱工業(yè)純鎂至700°C，待母料全部熔化后，升溫 至750°C進行打渣；然后向坩鍋中加入鋯錠、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金，待 全部熔化后攪拌2?5分鐘，待成分均勻后靜置保溫15min ;
[0045] 3)、鑄造：將步驟2)的熔體降溫到690°C，在CO2和SF6混合氣體保護下澆注成鑄 錠；
[0046] 4)、機加工：車皮加工步驟3)所得鑄錠至適合擠壓筒的尺寸；
[0047] 5)、熱擠壓：首先將步驟4)的鑄錠加熱至480°C保溫12小時進行均勻化退火，然 后將鑄錠置于450°C保溫30min，最后將鑄錠擠壓成棒材；擠壓時擠壓比為11，擠壓速度為 2. 0 ；
[0048] 6)、空冷步驟5)所得棒材至室溫。
[0049] 實施例4 :
[0050] 下述實施例將公開一種高強度高塑性鎂合金，按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni : 4. 5% ;Y :4. 0% ;Zr :0· 1% ;不可避免雜質(zhì) 0· 10% ;其余為鎂，其中 Al 0· 03%，Si 0· 01%， Cu 0· 01%，F(xiàn)e 0· 03%。
[0051] 本實施例制備高強度高塑性鎂合金的方法，包括以下步驟：
[0052] 1)、選材：按照上述質(zhì)量比選取原材料，本實施所選原材料為工業(yè)純鎂錠、工業(yè)純 鋯、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金；
[0053] 2)、冶煉：首先在電阻坩鍋爐中加熱工業(yè)純鎂至700°C，待母料全部熔化后，升溫 至750°C進行打渣；然后向坩鍋中加入鋯錠、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金，待 全部熔化后攪拌2?5分鐘，待成分均勻后靜置保溫15min ;
[0054] 3)、鑄造：將步驟2)的熔體降溫到720°C，在CO2和SF6混合氣體保護下澆注成鑄 錠；
[0055] 4)、機加工：車皮加工步驟3)所得鑄錠至適合擠壓筒的尺寸；
[0056] 5)、熱擠壓：首先將步驟4)的鑄錠加熱至450°C°C保溫24小時進行均勻化退火， 然后將鑄錠置于420°C°C保溫90min，最后將鑄錠擠壓成棒材；擠壓時擠壓比為11，擠壓速 度為 2. Om/min ;
[0057] 6)、空冷步驟5)所得棒材至室溫。
[0058] 實施例5 :
[0059] 本實施例中，所述鎂合金按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni :3. 9% ;Y :4. 85% ;Zr : 0.02%;不可避免雜質(zhì) 0.13%;其余為鎂，其中 Al 0.02%，Si 0.02%，Cu 0.03%， Fe 彡 0. 01%。
[0060] 本實施例制備高強度高塑性鎂合金的方法，包括以下步驟：
[0061] 1)、選材：按照上述質(zhì)量比選取原材料，本實施所選原材料為工業(yè)純鎂錠、工業(yè)純 鋯、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金；
[0062] 2)、冶煉：首先在電阻坩鍋爐中加熱工業(yè)純鎂至700°C，待母料全部熔化后，升溫 至750°C進行打渣；然后向坩鍋中加入鋯錠、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金，待 全部熔化后攪拌4分鐘，待成分均勻后靜置保溫15min ;
[0063] 3)、鑄造：將步驟2)的熔體降溫到710°C，在CO2和SF6混合氣體保護下澆注成鑄 錠；
[0064] 4)、機加工：車皮加工步驟3)所得鑄錠至適合擠壓筒的尺寸；
[0065] 5)、熱擠壓：首先將步驟4)的鑄錠加熱至450°C保溫14小時進行均勻化退火，然 后將鑄錠置于440°C保溫50min，最后將鑄錠擠壓成棒材；擠壓時擠壓比為11，擠壓速度為 2. Om/min ；
[0066] 6)、空冷步驟5)所得棒材至室溫。
[0067] 實施例6 :
[0068] 本實施例中，所述鎂合金按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni :4. 15% ;Y :4. 6 % ;Zr: 0.06%;不可避免雜質(zhì) 0.15%;其余為鎂，其中 A10.02%，Si 0.01%，Cu 0.02%，F(xiàn)e 0· 01%。
[0069] 本實施例制備高強度高塑性鎂合金的方法，包括以下步驟：
[0070] 1)、選材：按照上述質(zhì)量比選取原材料，本實施所選原材料為工業(yè)純鎂錠、工業(yè)純 鋯、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金；
[0071] 2)、冶煉：首先在電阻坩鍋爐中加熱工業(yè)純鎂至700°C，待母料全部熔化后，升溫 至750°C進行打渣；然后向坩鍋中加入鋯錠、Mg-40% Y中間合金和Mg-30% Ni中間合金，待 全部熔化后攪拌4分鐘，待成分均勻后靜置保溫15min ;
[0072] 3)、鑄造：將步驟2)的熔體降溫到715°C，在CO2和SF6混合氣體保護下澆注成鑄 錠；
[0073] 4)、機加工：車皮加工步驟3)所得鑄錠至適合擠壓筒的尺寸；
[0074] 5)、熱擠壓：首先將步驟4)的鑄錠加熱至475°C保溫16小時進行均勻化退火，然 后將鑄錠置于450°C保溫70min，最后將鑄錠擠壓成棒材；擠壓時擠壓比為11，擠壓速度為 2. Om/min ；
[0075] 6)、空冷步驟5)所得棒材至室溫。
[0076] 圖1是為實施例1、2所得合金的X-射線衍射譜；由圖1可見，實施例1、2所得合 金中除了 a-Mg外，還含有Mg12YNi及Mg2Ni相。
[0077] 圖2是實施例2鑄態(tài)合金的微觀組織金相照片，結(jié)合圖1分析，Mg12YNi相在鑄態(tài) 合金中以長棒狀形態(tài)分布于鎂基體中。
[0078] 圖3是實施例2擠壓態(tài)合金的微觀組織金相照片，由圖3可見，經(jīng)過擠壓處理， Mg12YNi相發(fā)生扭折，部分扭折角度甚至達(dá)到小于45°的程度。
[0079] 取實施例1和2所得板材進行力學(xué)性能測試，結(jié)果下表所示：
[0080]
【權(quán)利要求】
1. 一種高強度高塑性鎂合金，其特征在于，按質(zhì)量計由以下組分組成：Ni :3. 0? 4. 5% ;Y :4. 0?5. 0% ;Zr :0? 01?0? 1% ;不可避免雜質(zhì)彡0? 15% ;其余為鎂。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所屬高強度高塑性鎂合金，其特征在于，按質(zhì)量計由以下組分組成： Ni :3. 9 ?4. 15% ;Y :4. 6 ?4. 85% ;Zr :0? 02 ?0? 06% ;不可避免雜質(zhì)彡 0? 15% ;其余為 鎂。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所屬高強度高塑性鎂合金，其特征在于，按質(zhì)量計由以下組分組成： Ni :4. 03% ;Y :4. 74% :Zr :0? 03% ;不可避免雜質(zhì)彡 0? 15%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所屬高強度高塑性鎂合金，其特征在于：所述不可避免的雜質(zhì)中A1、 Si、Cu、Fe單個含量彡0? 04%，總量彡0? 10%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述高強度高塑形鎂合金，其特征在于：所述鎂合金抗 拉強度彡400MPa，延伸率彡5%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5任意一項所述高強度高塑形鎂合金，其特征在于：所述鎂合金屈服 強度彡300MPa，延伸率彡7. 8%。
【文檔編號】C22C23/06GK104328320SQ201410706043
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】羅素琴, 潘復(fù)生, 湯愛濤, 蔣斌, 杜維唯, 劉文君, 程仁菊, 董含武 申請人:重慶市科學(xué)技術(shù)研究院