專利名稱：一種高強(qiáng)超韌低密度鎂合金及其制備方法
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，涉及一種合金，尤其涉及一種高強(qiáng)度超高
韌性低密度超輕的鎂合金。
背景技術(shù)：
鎂合金具有低比重、高比強(qiáng)度和比剛度以及對(duì)無(wú)線電波的最有效屏蔽等顯著優(yōu) 勢(shì)，已成為現(xiàn)代汽車(chē)、便攜電子產(chǎn)品電子、通信等行業(yè)的首選材料。盡管鎂合金有諸多優(yōu)點(diǎn)， 但傳統(tǒng)鎂合金仍存在強(qiáng)度較低，韌性差，塑性加工困難以及高溫抗蠕變性能差等問(wèn)題，使其 作為某些結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用受到限制。鎂合金仍不能像鋼板或鋁板那樣能夠滿足室溫或中溫?cái)D 壓、沖壓、鍛造、軋制等塑性成形。通過(guò)熱軋或擠壓方法只能生產(chǎn)2mm以上的鎂合金薄板，然 而，目前對(duì)2mm以下薄板類鎂合金材料的需求越來(lái)越多，這就需要鎂合金具有較高的塑性 變形能力，尤其是室溫變形能力，以滿足室溫變形加工的要求。這限制了對(duì)強(qiáng)度要求相對(duì)較 低而對(duì)成型性要求較高的便攜電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中的應(yīng)用。如何提高鎂合金的變形能力，尤 其是室溫變形能力，通過(guò)一定合金化形成強(qiáng)化粒子增強(qiáng)鎂合金基體，并細(xì)化和均勻化組織 以提高鎂合金的強(qiáng)度力學(xué)性能指標(biāo)和綜合力學(xué)性能成為鎂合金領(lǐng)域的重要研究方向。
提高鎂合金的強(qiáng)度最有效方法是采用合金化，但對(duì)于鎂的塑性變形能力改善技術(shù) 方面，目前主要是加入體心立方結(jié)構(gòu)的Li元素。Li元素的加入使鎂合金的塑性大幅度提 高，甚至產(chǎn)生超塑性，但是Li元素的加入使鎂合金在室溫條件下的強(qiáng)度極低，通常鎂鋰二 元合金的抗拉強(qiáng)度低于100MPa，這是由于在劇烈變形過(guò)程中連續(xù)的bcc結(jié)構(gòu)的富鋰13相塑 性極好，但變形硬化強(qiáng)化效果非常有限，富鋰P相強(qiáng)度極低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的鎂合金材料塑性低、韌性差及加入鋰元素的鎂合金強(qiáng)度差問(wèn)題， 本發(fā)明的目的在于提供一種鎂合金，該鎂合金不僅強(qiáng)度高，還具有高的塑性，密度低于 1. 7g/cm3的鎂合金，能夠滿足室溫變形加工薄板類材料對(duì)強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)的要求。
本發(fā)明的另一 目的在于提供上述鎂合金材料的制備方法。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種高強(qiáng)度超韌低密度超輕鎂合金，按重量百分比 其組成為5% 12^的Li、l^ 5^的Zn、l^ 6^的Y、0^ 2^的其它RE，其余為Mg， 控制雜質(zhì)元素Fe < 0. 005 % ， Cu < 0. 002 % ， Ni < 0. 002 % 。 本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，上述鎂合金的制備方法，分別取工業(yè)純鎂錠、純 鋰、工業(yè)純鋅錠、鎂釔中間合金及其它鎂稀土中間合金，在真空電阻爐中進(jìn)行熔鑄合金，熔 鑄過(guò)程為首先將各金屬錠表面去污后置于坩堝中，依此為鎂錠、純鋰、鋅錠、鎂釔中間合金 或其它鎂稀土中間合金，然后將真空電阻爐抽真空后充入氬氣，反復(fù)3次，最后再充入氬氣 至latm，加熱熔煉過(guò)程在氬氣保護(hù)條件下進(jìn)行，待所有金屬熔化后采用氬氣氣體攪拌該合 金液5-15分鐘，當(dāng)合金液溫度為720 740°C時(shí)將熔體澆入水冷銅鑄型中，得到鑄態(tài)鎂合金 錠，使鑄態(tài)鎂合金錠的重量百分比為L(zhǎng)i為5% 12X、Zn為1% 5%、￥為1% 6%、其
3它RE為0% 2X，其余為Mg ; 將得到的鑄態(tài)鎂合金錠在0)2+0. 5% SFe或氬氣氣體保護(hù)條件下，在300°C 355°C 條件下進(jìn)行熱處理，然后將該鎂合金錠在150 30(TC條件下進(jìn)行擠壓或軋制加工，得到變 形加工后的鎂合金。 本發(fā)明在加入密度僅為O. 54g/ci^的Li元素獲得連續(xù)bcc結(jié)構(gòu)的富鋰P相與hcp 結(jié)構(gòu)的富鎂a相以提高鎂合金的塑性變形能力的基礎(chǔ)上，加入Zn和Y等強(qiáng)化元素，犧牲該 合金的部分塑性，在富鋰13相中獲得強(qiáng)化相粒子，以解決該鎂合金在后續(xù)的變形加工過(guò)程 中富鋰P相變形硬化強(qiáng)化效果非常有限的問(wèn)題，達(dá)到固溶及沉淀強(qiáng)化富鋰13相的目的，并 細(xì)化晶粒，從而獲得高強(qiáng)度的鎂合金。 本發(fā)明的高強(qiáng)超韌超輕鎂合金，室溫條件下，抗拉強(qiáng)度210 260MPa，屈服強(qiáng)度 190 240MPa，伸長(zhǎng)率^ 20%，密度《1. 7g/cm3 ;120。C條件下，抗拉強(qiáng)度^ 160MPa，屈服強(qiáng) 度> 140MPa，伸長(zhǎng)率^ 25%。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明的鎂合金材料，按重量百分比其組成為5% 12X的Li、l^ 5^的Zn、 lX 6X的Y、0X 2X的其它RE，其余為Mg，控制雜質(zhì)元素Fe <0. 005%，Cu < 0. 002%， Ni < 0. 002%。 采用抽真空后氬氣保護(hù)的方法熔鑄合金，各組分分別為工業(yè)純鎂錠、純鋰、工業(yè)純 鋅錠、鎂釔中間合金及其它鎂稀土中間合金。熔鑄合金在真空電阻爐中進(jìn)行。熔鑄過(guò)程為 首先將各金屬錠表面去污后置于坩堝中，依此為鎂錠、純鋰、鋅錠、鎂釔中間合金或其它鎂 稀土中間合金。然后將真空電阻爐抽真空后充入氬氣，反復(fù)3次，最后再充入氬氣至latm， 加熱熔煉過(guò)程在氬氣保護(hù)條件下進(jìn)行。待所有金屬熔化后采用氬氣氣體攪拌該合金液5-15 分鐘，當(dāng)合金液溫度為720 74(TC時(shí)將熔體澆入水冷銅鑄型中，得到鑄態(tài)鎂合金錠。
所得到的鑄態(tài)鎂合金錠在(C02+0. 5% SF6)或氬氣氣體保護(hù)條件下，在300°C 355t:條件下進(jìn)行熱處理，然后將該鎂合金錠在150 30(TC條件下進(jìn)行擠壓或軋制溫變形 加工，得到變形加工后的鎂合金。
實(shí)施例1 : 本發(fā)明的高強(qiáng)超韌低密度超輕鎂合金，按重量百分比其組成為L(zhǎng)i :8%， Zn :5%，
Y :2X，控制雜質(zhì)元素Fe < 0. 005%， Cu < 0. 002%， Ni < 0. 002%，其余為Mg。熔鑄合金 在真空電阻爐中進(jìn)行。首先各金屬錠表面去污后置于坩堝中，然后將真空電阻爐抽真空后 充入氬氣，反復(fù)3次，最后再充入氬氣至latm，加熱熔煉過(guò)程在氬氣保護(hù)條件下進(jìn)行。金屬 熔體采用氬氣氣體攪拌10分鐘，72(TC時(shí)將熔體澆入水冷銅鑄型中，得到鑄態(tài)鎂合金錠。所 得到的鑄態(tài)鎂合金錠在氬氣保護(hù)條件下，在30(TC條件下進(jìn)行熱處理，然后將該鎂合金錠在 300 °C條件下進(jìn)行擠壓加工成型材。 拉伸性能試驗(yàn)在分別在室溫電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和控溫電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。所得 的鎂合金在室溫條件下，抗拉強(qiáng)度246MPa，屈服強(qiáng)度212MPa，伸長(zhǎng)率21%，密度1. 53g/ cm3 ;12(TC條件下，抗拉強(qiáng)度183MPa，屈服強(qiáng)度154MPa，伸長(zhǎng)率35%。
實(shí)施例2:
本發(fā)明的高強(qiáng)超韌低密度超輕鎂合金，按重量百分比其組成為L(zhǎng)i :8.5%， Zn :
4%，Y :4. 5%，Nd :1%，控制雜質(zhì)元素Fe < 0. 005%，Cu < 0. 002%，Ni < 0. 002%，其余為
Mg。熔鑄合金在真空電阻爐中進(jìn)行。首先各金屬錠表面去污后置于坩堝中，然后將真空電 阻爐抽真空后充入氬氣，反復(fù)3次，最后再充入氬氣至latm，加熱熔煉過(guò)程在氬氣保護(hù)條件 下進(jìn)行。金屬熔體采用氬氣氣體攪拌5分鐘，74(TC時(shí)將熔體澆入水冷銅鑄型中，得到鑄態(tài) 鎂合金錠。所得到的鑄態(tài)鎂合金錠在氬氣保護(hù)條件下，在355t:條件下進(jìn)行熱處理，然后將 該鎂合金錠在15(TC條件下進(jìn)行擠壓加工成2mm的板材。 拉伸性能試驗(yàn)在分別在室溫電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和控溫電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。所 得的鎂合金在室溫條件下，抗拉強(qiáng)度252MPa，屈服強(qiáng)度217MPa，伸長(zhǎng)率20. 5%，密度 1. 55g/cm3 ;12(TC條件下，抗拉強(qiáng)度191MPa，屈服強(qiáng)度158MPa，伸長(zhǎng)率32%。
實(shí)施例3: 本發(fā)明的高強(qiáng)超韌低密度超輕鎂合金，按重量百分比其組成為L(zhǎng)i :6.5%， Zn: 2%， Y :5%， Nd :1%，控制雜質(zhì)元素Fe < 0. 005%， Cu < 0. 002%， Ni < 0. 002%，其余為 Mg。熔鑄獲得鑄態(tài)鎂合金錠條件同實(shí)施例1。所得到的鑄態(tài)鎂合金錠在氬氣保護(hù)條件下，在 40(TC條件下進(jìn)行熱處理，然后將該鎂合金錠在20(TC條件下進(jìn)行擠壓加工成lmm的板材。
拉伸性能試驗(yàn)在分別在室溫電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和控溫電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。所得 的鎂合金在室溫條件下，抗拉強(qiáng)度261MPa，屈服強(qiáng)度224MPa，伸長(zhǎng)率24%，密度1. 59g/ cm3 ;120。C條件下，抗拉強(qiáng)度198MPa，屈服強(qiáng)度157MPa，伸長(zhǎng)率36%。
實(shí)施例4 : 本發(fā)明的高強(qiáng)超韌低密度超輕鎂合金，按重量百分比其組成為L(zhǎng)i :5%， Zn :3%， Y :6 % ，控制雜質(zhì)元素Fe < 0. 005 % ， Cu < 0. 002 % ， Ni < 0. 002 % ，其余為Mg。熔鑄獲得 鑄態(tài)鎂合金錠條件同實(shí)施例1。所得到的鑄態(tài)鎂合金錠在氬氣保護(hù)條件下，在40(TC條件下 進(jìn)行熱處理，然后將該鎂合金錠在20(TC條件下進(jìn)行擠壓加工成lmm的板材。
拉伸性能試驗(yàn)在分別在室溫電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和控溫電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。所得 的鎂合金在室溫條件下，抗拉強(qiáng)度261MPa，屈服強(qiáng)度224MPa，伸長(zhǎng)率22%，密度1. 65g/ cm3 ;120。C條件下，抗拉強(qiáng)度198MPa，屈服強(qiáng)度157MPa，伸長(zhǎng)率36%。
實(shí)施例5 : 本發(fā)明的高強(qiáng)超韌低密度超輕鎂合金，按重量百分比其組成為L(zhǎng)i :12%， Zn : 1%， Y :1%， Nd :2%，控制雜質(zhì)元素Fe < 0. 005%， Cu < 0. 002%， Ni < 0. 002%，其余為 Mg。熔鑄獲得鑄態(tài)鎂合金錠條件同實(shí)施例1。所得到的鑄態(tài)鎂合金錠在氬氣保護(hù)條件下，在 45(TC條件下進(jìn)行熱處理，然后將該鎂合金錠在25(TC條件下進(jìn)行擠壓加工成lmm的板材。
拉伸性能試驗(yàn)在分別在室溫電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和控溫電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。所 得的鎂合金在室溫條件下，抗拉強(qiáng)度221MPa，屈服強(qiáng)度192MPa，伸長(zhǎng)率34. 5%，密度 1.40g/cm3 ;120。C條件下，抗拉強(qiáng)度161MPa，屈服強(qiáng)度138MPa，伸長(zhǎng)率42%。
權(quán)利要求
一種高強(qiáng)度超韌低密度超輕鎂合金，其特征在于按重量百分比其組成為5％～12％的Li、1％～5％的Zn、1％～6％的Y、0％～2％的其它RE，其余為Mg，控制雜質(zhì)元素Fe＜0.005％，Cu＜0.002％，Ni＜0.002％。
2. 按照權(quán)利要求1所述鎂合金的制備方法，其特征在于，分別取工業(yè)純鎂錠、純鋰、工 業(yè)純鋅錠、鎂釔中間合金及其它鎂稀土中間合金，在真空電阻爐中進(jìn)行熔鑄合金，熔鑄過(guò)程 為首先將各金屬錠表面去污后置于坩堝中，依此為鎂錠、純鋰、鋅錠、鎂釔中間合金或其 它鎂稀土中間合金，然后將真空電阻爐抽真空后充入氬氣，反復(fù)3次，最后再充入氬氣至 latm，加熱熔煉過(guò)程在氬氣保護(hù)條件下進(jìn)行，待所有金屬熔化后采用氬氣氣體攪拌該合金 液5-15分鐘，當(dāng)合金液溫度為720 74(TC時(shí)將熔體澆入水冷銅鑄型中，得到鑄態(tài)鎂合金 錠，使鑄態(tài)鎂合金錠的重量百分比為L(zhǎng)i為5% 12X、Zn為1% 5%、￥為1% 6%、其 它RE為0% 2X，其余為Mg ;將得到的鑄態(tài)鎂合金錠在C02+0. 5% SF6或氬氣氣體保護(hù)條件下，在300°C 355t:條 件下進(jìn)行熱處理，然后將該鎂合金錠在150°C 30(TC條件下進(jìn)行擠壓或軋制加工，得到變 形加工后的鎂合金。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的一種高強(qiáng)超韌低密度超輕鎂合金，按重量百分比其組成為5％～12％的Li、1％～5％的Zn、1％～6％的Y、0％～2％的其它RE，其余為Mg。采用抽真空后氬氣保護(hù)的方法熔鑄合金，再將得到的鑄態(tài)鎂合金錠在氣體保護(hù)條件下進(jìn)行熱處理，再將該合金擠壓或軋制溫變形加工，即得到變形加工后的鎂合金。本發(fā)明提供一種密度低于1.7g/cm3的鎂合金，該鎂合金不僅有高強(qiáng)度，還具有高的塑性和韌性，能夠滿足室溫變形加工薄板類材料對(duì)強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)的要求。
文檔編號(hào)C22C23/00GK101768689SQ201010103160
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者孟令楠, 張忠明, 徐春杰 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)