CN101255517A

CN101255517A - 一种镁合金

Info

Publication number: CN101255517A
Application number: CNA2007101992517A
Authority: CN
Inventors: 陈体军; 马颖; 王伟; 郝远; 吕维玲
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2008-09-03

Abstract

一种镁合金，其目的是在保持传统的高强镁合金的强度条件下，提高了延伸率，以利于制造高强、高韧性的铸件，或用于其他用途，按质量百分比，各组分含量为：Zn：1～3.5％、Zr：0.3～0.7％、Y：0.3－0.5、Nd：0.5～2.5％、Sn：0～1.5％、Ca：0～0.25％，其余部分为镁和不可避免的杂质。

Description

一种镁合金

技术领域

本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种添加稀土及其他微量元素的以提高合金强度及延伸率的镁合金。

背景技术

国际上主要金属材料，如钢、铁、铝、锌等的应用增长缓慢，而镁合金异军突起，以每年20％的速度持续增长。镁合金是一种新型轻金属材料，是目前工业应用中最轻的金属结构材料，具有高的比强度、比刚度以及良好的减震降噪和切削加工等性能，在航空航天、交通工具和3C产品等领域有广泛的应用前景。

由于镁合金的晶体结构是密排六方结构，而镁及镁合金最常见的滑移系为α柏氏矢量的基面({0001}<1120>)和棱面({1100}<1120>)滑移系，共5个几何滑移系和4个独立滑移方式。棱面滑移系在常温下不活泼，难以滑动，所以韧性比较差，严重限制了镁合金的应用。

提高镁合金韧性的方法根据合金主要合金元素的不同存在很大的差异。Mg-Al系合金通常提高韧性的主要方法是降低Al含量，如AM60、AM50和AM20等合金就是如此。锂合金化是提高镁合金韧性的最重要途径。Mg-14％Li合金虽然是韧性最好、最轻的镁合金，但其价格昂贵，只在航空和军用领域有一定的应用。

而Mg-Zn-Zr系镁合金具有较高的强度及耐蚀性。ZK50性能指标能达到抗拉强度230MPa、延伸率18％。但该系合金在铸态时容易出现晶内偏析，且对显微缩松比较敏感。其中最典型的ZK61合金，其T5状态下的抗拉强度可以达到310MPa，但是较脆，延伸率基本为零。基于此，在Mg-Zn-Zr系镁合金中加入稀土元素对改善铸态组织、提高合金的室温强度和塑性均有益。有代表性的Mg-Zn-RE合金是ZE41和ZE33合金，大致相当于国内标准的ZM1和ZM2合金，其性能一般，且稀土含量在1％～3％以上，成本较高。而ZK50加入稀土后性能大幅度下降，只有在加入稀土含量3％以上时性能指标才能接近未加入时。这就造成了成本的急剧提高和合金密度的增大。而在Mg-Zn合金中加入Cu可改善铸件韧性和固溶处理特性，表现出良好的室温和高温力学性能。如ZC62其铸态下的抗拉强度分别为227MPa、144MPa(150℃)，延伸率分别为11％、31％(150℃)。但是由于铜的大量加入，其抗蚀能力极差。另外，重有色金属Zn的大量加入，如现有Mg-Zn系中Zn的加入量通常为6％左右，密度明显增加，使镁合金质轻的优势减弱。

发明内容

本发明的目的是在保持传统的高强镁合金的强度条件下，提高了延伸率，以利于制造高强、高韧性的铸件，或用于其他用途。

本发明目的的实现方法是，按质量百分比，各组分的含量为：Zn：1～3.5％、Zr：0.3～0.7％、Y：0.3-0.5、Nd：0.5～2.5％、Sn：0～1.5％、Ca：0～0.25％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。

本发明的有益之处是：

1.本合金制备简单，实施方便。

2.与现有Mg-Zn-Zr系合金相比，本镁合金大大降低了锌的含量，性能最佳合金的密度为1.84g/cm³，更能发挥质轻的优势。

3.与现有Mg-Zn-RE系合金相比，在达到同等性能时，稀土含量大大降低，因而成本低。

4.在不降低合金强度的前提下，大大提高了合金的韧性，提高了合金的应用范围。

本发明材料保持传统的高强镁合金的强度，使其延伸率大大提高，能用于工业生产。通过铸造方法可以加工出各类产品，并且可以通过热处理控制材料的组织和性能。

附图说明

图1是本发明合金的微观组织图。

具体实施方式

本发明是一种镁合金，按质量百分比，各组分的含量为：Zn：1～3.5％、Zr：0.3～0.7％、Y：0.3-0.5、Nd：0.5～2.5％、Sn：0～1.5％、Ca：0～0.25％，剩余部分为Mg和不可避免的杂质。不可避免的杂质为Fe、Si、Al、Mn。

下面通过实施例对本发明做进一步的说明。但本发明不仅限于这些例子。

表1为本发明三个实施例的各组分百分比含量：

表1实施例所用合金的成份

合金编号	Mg	Zn	Zr	Y	Nd	Sn	Ca
合金编号	Mg	Zn	Zr	Y	Nd	Sn	Ca	A	余量	0.5	0.1	0.1	0	0.5	0.05
B	余量	4.5	1.0	0.6	3.0	2.5	0.40	A	余量	0.5	0.1	0.1	0	0.5	0.05
B	余量	4.5	1.0	0.6	3.0	2.5	0.40	C	余量	2	0.3	0.4	0.5	0.5	0.05

分别按表1中的配比，按镁合金的通常熔炼方法，即可得到本发明的镁合金。具体制备步骤为：

1、熔炼：在电阻炉以及钢制坩埚中进行，使用溶剂保护。Mg、Zn、Ca和Sn以纯金属状态加入，Y、Nd、Zr以中间合金的形式加入。

(1)装料、熔化：将坩埚预热至暗红色(673～773K)，在坩埚壁和底部撒上适量的熔剂，加入预热的镁锭，然后在炉料上撒上适量的熔剂后升温溶化。

(2)合金化：镁液升温至993～1013K后加入Zn、Sn，继续升温至1033～1053K加入金属Ca，用钟型罩压入熔体。继续升温至1053～1083K，将Zr、Nd和Y的镁中间合金分批而缓慢的加入，全部溶化后搅拌2～5中分钟，使合金均匀化。搅拌时尽量不破坏熔体表面，减少氧化。

a.精炼：将熔体温度调整至1023～1033K，搅拌勺沉入金属熔体2/3深处，激烈的由上至下垂直搅拌熔体4～8min，直至熔体呈现净面光泽为止。在搅拌过程中，应往熔体表面均匀、不断地撒上精炼熔剂，熔剂的消耗量约为炉料质量分数的1.5～2.5％。搅拌结束后，清除坩埚壁和合金液面上的熔剂，再撒一层覆盖剂即完成熔炼。

b.浇注：将合金熔体升温至1053～1083K，静置10～20分钟，然后降温至963～993K，进行浇注。根据上表所示成份配料，经该过程熔炼分别可得A、B、C三种含稀土的镁合金棒料。

熔炼过程中炉料预热最高温度不得高于573K。熔化后合金液面不得超过坩埚容量的90％，浇注前应先倒出少量带有熔剂的溶液(10％)，浇注后坩埚中要残留15～20％的合金液不得浇注。

2、热处理：将上述部分棒料在510℃保温24小时后淬入开水中，即固溶处理(T4处理)，得到D合金；将经T4处理的部分棒料在250℃保温16小时后取出空冷，即时效处理(T6处理)，得到E合金。

3、力学性能测试根据国标08228-2002将上述棒料加工成标准拉伸试样，进行拉伸试验，得出性能数据见表2(AM60与本实例采用同等生产条件进行浇注)。

表2铸造试棒的力学性能

合金	状态	抗拉强度/MPa	延伸率/％
合金	状态	抗拉强度/MPa	延伸率/％	A	F	131	2.7
B	F	196	12	A	F	131	2.7
B	F	196	12	C	F	201	19.1
D	T4	220	18.3	C	F	201	19.1
D	T4	220	18.3	E	T6	250	14.6

注：F-铸态；T4-固溶处理；T6-时效处理

从表2可见，当合金的成份在本发明所规定的成份范围内时，拉伸性能，尤其是延伸率优异，且经过热处理后可进一步提高抗拉强度，而延伸率下降不大；当小于或超过所规定的成份范围时，抗拉强度和延伸率均较低。

图1为配比为表1中合金编号为C的合金发微观组织。

Claims

1、一种镁合金，其特征在于按质量百分比，各组分含量为：Zn：1～3.5％、Zr：0.3～0.7％、Y：0.3-0.5、Nd：0.5～2.5％、Sn：0～1.5％、Ca：0～0.25％，其余部分为镁和不可避免的杂质。