CN108118224A

CN108118224A - 一种镁合金材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN108118224A
Application number: CN201711408085.7A
Authority: CN
Inventors: 方晓汾; 单建军
Original assignee: Quzhou Tingyu Information Technology Co Ltd
Current assignee: Quzhou Tingyu Information Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-06-05

Abstract

本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种具有优异机械性能的镁合金材料及制备方法与应用。本发明提供了一种镁合金材料，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含2‑10重量％的铝、0.001‑1.0重量％的钪、0‑0.007重量％的铁、0‑0.002重量％的硅、0‑0.015重量％的钙、0‑0.012重量％的锰、0‑7.0重量％的锌、0‑10重量％的锡，其余为镁和不可避免的杂质的组成。采用本发明提供的镁合金材料制备的镁合金板材或型材具有较高的屈服强度和抗拉强度和较高的延伸率，克服了现有技术中镁合金延伸率低和强度低的弊端。

Description

一种镁合金材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种具有优异机械性能的镁合金材料及制备方法与应用。

背景技术

轻金属镁、铝其合金是轻量化技术路线中的重要材料之一。镁合金是以镁为基体加入其它元素组成的合金，特点是抗拉强度、屈服强度和延伸率与铝合金相当，密度小(1.8g/cm³)、对振动、冲击的吸收性能好、铸造流动性好。目前镁合金主要用于一些非承载件或承载小的部件上，如门框、车顶框、变速器壳体、油泵壳、凸轮盖、进气管等；而铝合金具有密度小(2.7g/cm³)、仅为钢铁的1/3，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，主要合金元素有铝锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金，主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。此外，铝资源广、可再生利用、具有良好的工艺性、吸收冲击性能好，耐腐蚀等特点。其主要用于车身外板等注重强度、刚度的部位。如车厢盖、发动机罩、提升式后车门等；主要用于车身内板等形状复杂的部位。

基于能源危机和环境污染问题，全球每个国家都在出台相关法律法规，遏制环境污染，降低能源消耗。一些企业在不断的减轻汽车质量，以较少对环境的污染。汽车的轻量化不仅仅是减轻汽车质量，还应该考虑汽车的安全性、操作舒适性、平顺性等，尤其是汽车的安全性。过渡的减少对钢材的使用，会降低汽车碰撞安全性，发生碰撞时汽车车身防撞结构易变形，会危及成员生命安全。因此，作为结构材料，需要同时满足轻量化及对机械强度的要求。

发明内容

为了针对现有技术中存在的弊端，本发明提供一种具有优异机械性能的镁合金材料及其制备方法与应用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种镁合金材料，其中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含2-10重量％的铝、0.001-1.0重量％的钪、0-0.007重量％的铁、0-0.002重量％的硅、0-0.015重量％的钙、0-0.012重量％的锰、0-7.0重量％的锌、0-10重量％的锡，其余为镁和不可避免的杂质的组成。

本发明还提供了上述镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：

熔融合金元素得到镁合金铸锭阶段；

均质化处理镁合金铸锭阶段；

将上述均质化的镁合金铸锭预热后挤压成型阶段。

此外，本发明还提供了上述镁合金材料在在制备镁合金型材或镁合金板材中的应用。

根据本发明的镁合金材料，由于采用了轻金属镁、铝及钪元素作为组成成分，保证了轻量化的同时使得镁合金材料具有优异的机械性能，其屈服强度达到120-270MPa，抗拉强度达到160-330MPa，延伸率为6-23.8％。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

下面结合具体实例对本发明作进一步详细说明。

本发明提供了一种镁合金材料，其中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含2-10重量％的铝、0.001-1.0重量％的钪、0-0.007重量％的铁、0-0.002重量％的硅、0-0.015重量％的钙、0-0.012重量％的锰、0-7.0重量％的锌、0-10重量％的锡，其余为镁和不可避免的杂质的组成。

在本发明中，通过采用轻金属镁、铝及钪元素作为组成成分，保证了轻量化的同时使得镁合金材料具有优异的机械性能，其屈服强度达到120-270MPa，抗拉强度为160-330MPa，延伸率为6-23.8％。

根据本发明，为了进一步促进镁合金材料具有优异的机械性能，优选地，以所述镁合金材料的总重为基准，所述铝的含量为2-9重量％，所述钪的含量为0.05-0.5重量％；更优选地，以所述镁合金材料的总重为基准，所述铝的含量为2-4重量％，所述钪的含量为0.05-0.5重量％；进一步优选地，以所述镁合金材料的总重为基准，所述铝的含量为2.1-3.5重量％，所述钪的含量为0.05-0.35重量％；更进一步优选地，以所述镁合金材料的总重为基准，所述铝的含量为2.8-3.2重量％，所述钪的含量为0.05-0.35重量％。

根据本发明，优选地，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含0.001-0.007重量％的铁，0.001-0.002重量％的硅，0.005-0.015重量％的钙，0.003-0.012重量％的锰。

在本发明的一个具体实施方式中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含0.002重量％的铁，0.019重量％的硅，0.006重量％的钙，0.010重量％的锰。

在本发明的另一个实施方式中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含0.005重量％的铁，0.001重量％的硅，0.007重量％的钙，0.005重量％的锰。

在本发明的另一个实施方式中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含0.001重量％的铁，0.010重量％的硅，0.013重量％的钙，0.007重量％的锰。

在本发明的另一个实施方式中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含0.001重量％的铁，0.011重量％的硅，0.008重量％的钙，0.007重量％的锰。

在本发明的另一个实施方式中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含0.003重量％的铁，0.011重量％的硅，0.008重量％的钙，0.009重量％的锰。

在本发明中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含0.5-7.0重量％的锌。作为锌的含量具体可以举出：0.5重量％、0.96重量％、0.98重量％、1.01重量％、1.25重量％、1.50重量％、1.82重量％、1.86重量％、2.00重量％、2.01重量％、2.12重量％、2.25重量％、2.50重量％、2.75重量％、3.0重量％、3.25重量％、3.5重量％、3.65重量％、4.02重量％、4.10重量％、4.13重量％、4.25重量％、4.5重量％、4.75重量％、5.0重量％、5.25重量％、5.58重量％、5.59重量％、6.0重量％、6.23重量％、6.29重量％、6.36重量％、6.5重量％、6.75重量％和7.0重量％等。

根据本发明，优选地，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含2.5-10重量％的锡。

作为锡的含量具体可以举出：2.5重量％、2.76重量％、2.8重量％、2.84重量％、2.86重量％、3.0重量％、3.25重量％、3.5重量％、3.75重量％、4.01重量％、4.25重量％、4.5重量％、4.68重量％、4.73重量％、4.80重量％、4.83重量％、4.93重量％、5.0重量％、5.25重量％、5.48重量％、5.70重量％、5.77重量％、5.82重量％、6.0重量％、6.25重量％、6.5重量％、6.75重量％、7.0重量％、7.25重量％、7.59重量％、7.77重量％、7.84重量％、7.93重量％、8.0重量％、8.25重量％、8.5重量％、8.75重量％、9.0重量％、9.25重量％、9.5重量％、9.75重量％和10重量％等。

根据本发明的镁合金材料，所述镁合金材料的屈服强度为80-275MPa，抗拉强度为160-330MPa，延伸率为6-23.8％。优选地，所述镁合金材料的屈服强度为120-275MPa。作为镁合金材料的屈服强度具体可以举出：80MPa、85.7MPa、100MPa、112MPa、118MPa、125MPa、130MPa、150MPa、159MPa、171MPa、189MPa、200MPa、225MPa、236MPa、252MPa、257MPa和272MPa。作为镁合金材料的抗拉伸强度具体可以举出：160MPa、165MPa、177MPa、182MPa、195MPa、204MPa、217MPa、240MPa、250MPa、268MPa、276MPa、300MPa、309MPa和326MPa等。作为镁合金材料的延伸率具体可以举出：6％、6.5％、6.6％、7.2％、7.6％、7.9％、8.5％、9.0％、10.1％、11.0％、12.6％、15.8％、17.7％和、19.5％、22.1％、23.2％、23.8％等。

本发明还提供了本发明的镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：

熔融合金元素得到镁合金铸锭阶段；

均质化处理镁合金铸锭阶段；

将上述均质化的镁合金铸锭预热后挤压成型阶段。

在本发明的具体实施方式为：将纯镁加热熔炼，当镁全部熔化，且镁液温度在710℃稳定后，将预热后的纯铝和镁钪中间合金加入到镁液中，使各组分满足上述镁合金材料的配比，搅拌，静置，浇注得到镁合金铸锭。铝和镁钪中间合金的熔点都在660℃以上，考虑到后面浇注时熔体的流动性，温度提高了30-50℃，也就是690-710℃，同时，加入铝和镁钪中间合金也选在浇注温度加入，既方便熔炼和搅拌，也避免熔炼过程烧损。在本发明的一个具体实施方式中为：纯镁在保护气体保护下熔炼，熔炼的温度为690-710℃；所述搅拌的时间为1-2min，静置的时间为3-5min；预热后的纯铝和镁钪中间合金的温度为170-190℃；所述浇注是指将混合液浇注在预热至220-240℃的坩埚中。预热为了消除坩埚和配料(纯铝和镁钪中间合金)中的水分。

上述制备方法制得的镁合金铸锭的均匀化处理方法，包括如下步骤：在保护气体气氛下，将所述镁合金铸锭在420-450℃均匀化处理12-16h，然后水淬得到均匀化处理的镁合金铸锭。

在本发明的一个具体实施方式中型材或板材的制备方法为：将均匀化处理的镁合金材料车去表面的氧化皮，在300-350℃下预热30-40min，然后在300-350℃下等温挤压加工，得到型材或板材。在300-350℃下等温挤压加工性能较好，晶粒细。在刚发生动态再结晶的情况下，温度较低时，细小晶粒来不及长大；将得到的板材在280-320℃下进行多道次轧制得到设定厚度的板材；道次压下率为10-20％，优选为20％；道次间需要回炉，在280-320℃下保温15-20min；优选的，在320℃保温15min。镁合金传热很快，所以很快就降低到了适合轧制的温度范围以下。保温时间是为了热透，使温度均匀。等温挤压的挤压比为60-100，优选为80-100；优选的，挤压的温度为350℃。

本发明的镁合金材料制备的镁合金板材或型材具有较高的屈服强度(大于250MPa)和抗拉强度(大于300MPa)，具有较高的延伸率(延伸率≥20％)，克服了现有技术中无法同时满足轻量化及对机械强度要求的弊端。

以下实施例中，以纯镁99.98重量％Mg、纯铝99.98重量％Al、在Mg中以0.001/0.1/1.0重量％的Sc形成的镁钪中间合金、在镁钪合金中以1/4/6重量％的Zn形成的镁锌钪中间合金、在镁钪合金中以3/5/8重量％的Sn形成的镁锡钪中间合金、在镁钪合金中以3/6/9重量％的Al形成的镁铝钪中间合金为原料。

将表1-表4中各实施例各组分按下述方法进行制备。

熔炼：在99.8％的N₂和0.2％的SF₆(体积百分数)气体覆盖下，先对工业纯镁在700℃进行熔炼，待全部熔化，温度上升至710℃稳定后加入预热至180℃的纯铝和镁钪中间合金，使纯铝和镁钪中间合金全部熔化并充分搅拌2min，将熔体在710℃静置5min，并去掉表面浮渣，在710℃的条件下浇注至预热240℃的坩埚中，制备出镁合金铸锭。

均匀化处理：将制备的镁合金铸锭在保护气氛环境中，进行16h、420℃的均匀化处理，然后水淬得到均匀化处理的镁合金铸锭。

挤压：将均匀化处理后的镁合金铸锭试样，车去表面的氧化皮，在350℃下预热30min，然后进行350℃下的等温挤压加工，6mm、长度为28mm的板状压缩物。

力学性能采用GB/T228.1：2010标准加工室温拉伸试样，在济南试金WDW-200E万能拉伸试验机上对材料金相测试(拉伸速率为2mm/s)。测试结果见表5。

表1

序号	wt％	Sc	Fe	Si	Ca	Mn
							对比例1	Mg	-	0.002	0.019	0.006	0.01
实施例1	Mg-0.001Sc	0.001	0.005	0.001	0.007	0.005
							实施例2	Mg-0.1Sc	0.050	0.001	0.01	0.013	0.007
实施例3	Mg-1.0Sc	0.67	0.003	0.011	0.008	0.009

表2

序号		Zn	Sc	Fe	Si	Ca
							对比例2	Mg-1Zn	1.02	-	0.003	-	0.007
实施例4	Mg-1Zn-0.1Sc	1.01	0.102	0.018	-	0.007
							对比例3	Mg-4Zn	3.65	-	0.008	0.009	0.005
实施例5	Mg-4Zn-0.1Sc	4.02	0.089	0.005	0.012	0.010
							对比例4	Mg-6Zn	5.59	-	0.009	0.008	0.004
实施例6	Mg-6Zn-0.1Sc	6.36	0.089	0.004	0.053	0.008

表3

序号		Sn	Sc	Fe	Si	Ca
							对比例5	Mg-3Sn	2.84	-	0.007	0.13	0.014
实施例7	Mg-3Sn-0.1Sc	2.80	0.08	0.002	0.02	0.007
							对比例6	Mg-5Sn	4.68	-	0.003	0.03	0.005
实施例8	Mg-5Sn-0.1Sc	4.80	0.09	0.002	0.010	0.006
							对比例7	Mg-8Sn	7.59	-	0.001	0.04	0.005
实施例9	Mg-8Sn-0.1Sc	7.93	0.09	0.002	0.011	0.007

表4

序号		Sn	Sc	Fe	Si	Ca
							对比例8	Mg-3Al	2.84	-	0.007	0.13	0.014
实施例10	Mg-3Al-0.1Sc	2.80	0.08	0.002	0.02	0.007
							对比例9	Mg-6Al	5.58	-	0.005	0.01	0.002
实施例11	Mg-6Al-0.1Sc	4.80	0.09	0.002	0.010	0.006
							对比例10	Mg-9Al	8.40	-	0.007	0.04	0.036
实施例12	Mg-9Al-0.1Sc	7.93	0.09	0.002	0.011	0.007

表5

虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种镁合金材料，其特征在于，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含2-10重量％的铝、0.001-1.0重量％的钪、0-0.007重量％的铁、0-0.002重量％的硅、0-0.015重量％的钙、0-0.012重量％的锰、0-7.0重量％的锌、0-10重量％的锡，其余为镁和不可避免的杂质的组成。

2.根据权利要求1所述的镁合金材料，其中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述铝的含量为2-9重量％，所述钪的含量为0.05-0.5重量％。

3.根据权利要求2所述的镁合金材料，其中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述铝的含量为2.8-3.2重量％，所述钪的含量为0.05-0.35重量％。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的镁合金材料，其中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含0.001-0.007重量％的铁，0.001-0.002重量％的硅，0.005-0.015重量％的钙，0.003-0.012重量％的锰。

5.根据权利要求4所述的镁合金材料，其中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含0.5-7.0重量％的锌。

6.根据权利要求4或5所述的镁合金材料，其中，以所述镁合金材料的总重为基准，所述镁合金材料包含2.5-10重量％的锡。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的镁合金材料，其中，所述镁合金材料的屈服强度为120-270MPa，抗拉强度为160-330MPa，延伸率为6-23.8％。

8.权利要求1-6中任意一项所述的镁合金材料的制备方法，包括如下步骤：

熔融合金元素得到镁合金铸锭阶段；

均质化处理镁合金铸锭阶段；

将上述均质化的镁合金铸锭预热后挤压成型阶段。

9.权利要求1-6中任意一项所述的镁合金材料在制备镁合金型材或镁合金板材中的应用。