CN110066948B - 高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的高强高塑性Mg‑Ca‑Al‑Zn‑Mn‑Ce变形镁合金及其制备方法，属于变形镁合金材料领域。变形镁合金组分按质量百分比为：钙：0.50～3.20％；铝：0.30～3.50％；锌：0.10～1.00％；锰：0.10～3.00％；铈：0.10～0.50％，余量为镁和不可避免的杂质。制备方法为：先熔化纯镁铸锭，充分熔化后，再加入金属钙、铝、锌、铈、锰等，充分搅拌之后浇铸成铸锭，随后进行铸锭的均匀化处理，经过反向挤压工艺挤压得出相应的挤压型材，通过熔炼、均匀化处理及后续挤压(反向挤压)工艺制备出了高强高塑性Mg‑Ca‑Al‑Zn‑Mn‑Ce变形镁合金，其强度和韧性得到增强，有较好的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于镁合金材料领域，特别是涉及一种高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金及其制备方法。
背景技术
随着近年来环境问题的日益严重及资源紧缺，节能降耗已经成为急需解决的问题。材料的轻型化可很大程度上使得能源损耗水平下降，对提高能源使用率和保护环境有重要的意义。作为目前最轻的金属结构材料，镁的密度仅有1.74g/cm3，只相当于铝的2/3，钢的1/4，具有较高的比强度和比刚度，阻尼减震性能较好，机械加工性能良好以及良好的导热性，尤其可以重复利用，因而被称为21世纪的“绿色工程材料”。但是，由于镁合金本身的强度比钢以及铝合金低，镁合金在工业方面的应用一直受到限制。提高镁合金强度的方法已经被大量研究，向镁基体中添加适当的合金元素，在热处理变形过程中通过强烈的析出强化以及细晶强化等效应，可显著提高镁合金强度。如最近开发的重稀土Gd和Y含量达13wt.％以上的超高强变形Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金，经变形及时效处理后合金的抗拉强度高500MPa。可是，加入高含量的稀土元素增添了合金的成本。并且加入稀土元素增加了合金的密度，限制了合金的应用。因此，需要其他合适的元素取代稀土元素，来开发低成本高强变形镁合金。
近几年来有很多关于变形镁合金和Ca、Al、Zn、Mn、Ce等元素在镁合金中的作用的研究被广泛关注。本专利通过添加合金元素铝、钙、锌、锰、铈等以充分利用细晶强化和第二相强化，以期开发出新型的成本低廉、高力学性能的变形镁合金。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金及其制备方法，制备出不含稀土的强韧兼备的变形镁合金。
一种高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金，包括组分及质量百分比为：钙：0.50～3.20％；铝：0.30～3.50％；锌：0.10～1.00％；锰：0.10～3.00％；铈：0.10～0.50％，余量为镁和不可避免的杂质。
所述的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金，抗拉强度为：362～449MPa，屈服强度为：352～435MPa，延伸率为：4～13％。
一种高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，备料：
按Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金组分质量百分比称取所需原料；
步骤2，铸锭熔炼：
(1)在保护气体保护下，将原料分两批次加入：第一批次：加入纯镁加热至740～780℃，充分搅拌并待其全部熔化；第二批次：加入纯铝、纯钙、纯锌、纯铈、锰或镁锰中间合金；充分搅拌3～6min，形成合金熔液；
(2)将合金熔液温度控制在700～750℃静置10～20min，清除表面的浮渣，浇铸至预热到200～350℃的铁模中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
步骤3，均匀化处理：
将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭隔绝空气，加热至480～520℃，保温20～50小时，水淬后得到均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金锭；
步骤4，反向挤压：
均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金锭，在230～350℃下预热15min，在230～350℃内进行反向挤压，挤压比为(10～30)∶1，挤压速度为0.01～2m/min，得到高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金。
所述的步骤1中，原料镁、铝、钙、铈均为纯金属，所述的锰为纯锰或镁猛中间合金。
所述的步骤2(1)中，保护气体为高纯氩气。
所述的步骤3中，Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭隔绝空气的方法为：用石墨粉覆盖或在真空环境或在保护气体下以隔绝空气，其中，所述保护气体为氩气、氦气或氮气。
所述的步骤4中，Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金为合金棒材，所述的棒材直径为8.5～15mm。
有益效果：
(1)本发明的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金是一类新型的非稀土的强韧兼备的变形镁合金，通过在Mg-Al-Ca合金的基础上添加Zn、Mn、Ce，可以强烈细化热变形后的合金组织，Mg2Ca、Al2Ca、(Mg，Al)2Ca相和Al-Mn相在基体或晶界上的弥散分布，保证了合金的强度和韧性；添加合金元素Al，可以固溶的形式提高强度；添加合金元素Zn可以固溶的形式提高强度；添加合金元素Mn可以强烈促进再结晶，进一步的降低合金的晶粒尺寸；
(2)通过熔炼、均匀化处理及后续挤压(反向挤压)工艺制备出了强韧兼备的新型变形镁合金，其强度和韧性得到增强，有较好的力学性能。
附图说明
图1本发明实施例1制备的Mg-0.5Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材的应力-应变曲线；
图2本发明实施例2制备的Mg-1Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材的应力-应变曲线；
图3本发明实施例3制备的Mg-1Ca-1Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材的应力-应变曲线；
图4本发明实施例4制备的Mg-2Ca-1.5Al-0.5Zn-2.0Mn-0.2Ce变形镁合金棒材的应力-应变曲线；
图5本发明实施例1制备的Mg-0.5Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材不同放大倍数下的OM图；
图6本发明实施例2制备的Mg-1Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材不同放大倍数下的OM图；
图7本发明实施例3制备的Mg-1Ca-1Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材不同放大倍数下的OM图。
具体实施方式
实施例1
高强高塑性Mg-0.5Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金，组分按质量百分比为：0.5wt.％Ca；0.3wt.％Al；0.1wt.％Zn；0.1wt.％Mn；0.1wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：0.5wt.％Ca；0.3wt.％Al；0.1wt.％Zn；0.1wt.％Mn；0.1wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙、铝、锌、铈、锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至500℃进行均匀化处理30小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车削掉表面氧化皮之后在230℃下预热，涂抹上石墨润滑后在230℃下进行反向挤压；挤压比为20∶1，挤压速度为0.5m/min，得到直径10mm高强高塑性Mg-0.5Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材。
本实施例Mg-0.5Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材的应力-应变曲线如图1所示，不同放大倍数下的OM图如图5(a)和图5(b)所示，本实施案例制得的高强高塑性Mg-0.5Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材，抗拉强度为：360MPa，屈服强度为：363MPa，延伸率为：13％。
实施例2
高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金Mg-1Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce，组分按质量百分比为：1wt.％Ca；0.3wt.％Al；0.1wt.％Zn；0.1wt.％Mn；0.1wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：1wt.％Ca；0.3wt.％Al；0.1wt.％Zn；0.1wt.％Mn；0.1wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙、铝、锌、铈、锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至500℃进行均匀化处理30小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车皮之后在230℃下预热，涂抹上石墨润滑后在230℃下进行反向挤压；挤压比为20∶1，挤压速度为0.5m/min，得到直径10mm高强高塑性Mg-1Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材。
本实施例制备的Mg-1Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材的应力-应变曲线如图2所示，不同放大倍数下的OM图如图6(a)和图6(b)所示，本实施案例制得的高强高塑性Mg-1Ca-0.3Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材，抗拉强度为：400MPa，屈服强度为：409MPa，延伸率为：11％。
实施例3
高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金Mg-1Ca-1Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce，组分按质量百分比为：1wt.％Ca；1wt.％Al；0.1wt.％Zn；0.1wt.％Mn；0.1wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：1wt.％Ca；1wt.％Al；0.1wt.％Zn；0.1wt.％Mn；0.1wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙、铝、锌、铈、锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至500℃进行均匀化处理30小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车皮之后在230℃下预热，涂抹上石墨润滑后在230℃下进行反向挤压；挤压比为20∶1，挤压速度为0.5m/min，得到直径10mm高强高塑性Mg-1Ca-1Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材。
本实施例Mg-1Ca-1Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金棒材的应力-应变曲线如图3所示，不同放大倍数下的OM图如图7(a)和图7(b)所示，本实施例制得的高强高塑性Mg-1Ca-1Al-0.1Zn-0.1Mn-0.1Ce变形镁合金，在230℃下挤压得出的棒材，抗拉强度为：411MPa，屈服强度为：418MPa，延伸率为：9％。
实施例4
高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金Mg-2Ca-1.5Al-0.5Zn-2Mn-0.2Ce，组分按质量百分比为：2wt.％Ca；1.5wt.％Al；0.5wt.％Zn；2wt.％Mn；0.2wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：2wt.％Ca；1.5wt.％Al；0.5wt.％Zn；2wt.％Mn；0.2wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙、铝、锌、铈、锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至500℃进行均匀化处理30小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车皮之后在230℃下预热，涂抹上石墨润滑后在230℃下进行反向挤压；挤压比为20∶1，挤压速度为0.5m/min，得到直径10mm高强高塑性Mg-2Ca-1.5Al-0.5Zn-2Mn-0.2Ce变形镁合金棒材。
本实施例Mg-2Ca-1.5Al-0.5Zn-2Mn-0.2Ce变形镁合金棒材的应力-应变曲线如图4所示，本实施案例制得的高强高塑性的Mg-2Ca-1.5Al-0.5Zn-2Mn-0.2Ce变形镁合金棒材，抗拉强度为：435MPa，屈服强度为：449MPa，延伸率为：4％。
实施例5
高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金Mg-2Ca-2Al-0.5Zn-2.5Mn-0.4Ce，组分按质量百分比为：2wt.％Ca；2wt.％Al；0.5wt.％Zn；2.5wt.％Mn；0.4wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：2wt.％Ca；2wt.％Al；0.5wt.％Zn；2.5wt.％Mn；0.4wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙、铝、锌、铈、锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至500℃进行均匀化处理30小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车皮之后在230℃下预热，涂抹上石墨润滑后在230℃下进行反向挤压；挤压比为20∶1，挤压速度为0.5m/min，得到直径10mm高强高塑性Mg-2Ca-2Al-0.5Zn-2.5Mn-0.4Ce变形镁合金棒材。
本实施案例制得的高强高塑性Mg-2Ca-2Al-0.5Zn-2.5Mn-0.4Ce变形镁合金棒材，抗拉强度为：421MPa，屈服强度为：443MPa，延伸率为：10.3％。
实施例6
高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金Mg-3.2Ca-3.5Al-1Zn-3Mn-0.5Ce，组分按质量百分比为：3.2wt.％Ca；3.5wt.％Al；1wt.％Zn；3wt.％Mn；0.5wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：3.2wt.％Ca；3.5wt.％Al；1wt.％Zn；3wt.％Mn；0.5wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙，铝，锌，锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至500℃进行均匀化处理30小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车皮之后在230℃下预热，涂抹上石墨润滑后在230℃下进行反向挤压；挤压比为20∶1，挤压速度为0.5m/min，得到直径10mm高强高塑性Mg-3.2Ca-3.5Al-1Zn-3Mn-0.5Ce变形镁合金棒材。
本实施案例制得的高强高塑性Mg-3.2Ca-3.5Al-1Zn-3Mn-0.5Ce变形镁合金棒材，抗拉强度为：396MPa，屈服强度为：415MPa，延伸率为：11％。
实施例7
高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金Mg-0.8Ca-0.6Al-0.2Zn-0.2Mn-0.1Ce，组分按质量百分比为：0.8wt.％Ca；0.6wt.％Al；0.2wt.％Zn；0.2wt.％Mn；0.1wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：0.8wt.％Ca；0.6wt.％Al；0.2wt.％Zn；0.2wt.％Mn；0.1wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙、铝、锌、铈、锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至480℃进行均匀化处理50小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车皮之后在280℃下预热，涂抹上石墨润滑后在280℃下进行反向挤压；挤压比为20∶1，挤压速度为0.01m/min，得到直径10mm高强高塑性Mg-0.8Ca-0.6Al-0.2Zn-0.2Mn-0.1Ce变形镁合金棒材。
本实施案例制得的高强高塑性Mg-0.8Ca-0.6Al-0.2Zn-0.2Mn-0.1Ce变形镁合金棒材，抗拉强度为：372MPa，屈服强度为：357MPa，延伸率为：6％。
实施例8
高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金Mg-1.2Ca-0.8Al-0.4Zn-0.5Mn-0.2Ce，组分按质量百分比为：1.2wt.％Ca；0.8wt.％Al；0.4wt.％Zn；0.5wt.％Mn；0.2wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：1.2wt.％Ca；0.8wt.％Al；0.4wt.％Zn；0.5wt.％Mn；0.2wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙、铝、锌、铈、锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至480℃进行均匀化处理50小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车皮之后在280℃下预热，涂抹上石墨润滑后在280℃下进行反向挤压；挤压比为10∶1，挤压速度为0.05m/min，得到直径15mm高强高塑性Mg-0.8Ca-0.6Al-0.2Zn-0.2Mn-0.1Ce变形镁合金棒材。
本实施案例制得的高强高塑性Mg-0.8Ca-0.6Al-0.2Zn-0.2Mn-0.1Ce变形镁合金棒材，抗拉强度为：389MPa，屈服强度为：371MPa，延伸率为：5％。
实施例9
高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金Mg-1.5Ca-1.4Al-0.6Zn-0.8Mn-0.3Ce，组分按质量百分比为：1.5wt.％Ca；1.4wt.％Al；0.6wt.％Zn；0.8wt.％Mn；0.3wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：1.5wt.％Ca；1.4wt.％Al；0.6wt.％Zn；0.8wt.％Mn；0.3wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙、铝、锌、铈、锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至490℃进行均匀化处理40小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车皮之后在300℃下预热，涂抹上石墨润滑后在300℃下进行反向挤压；挤压比为15∶1，挤压速度为0.1m/min，得到直径12mm高强高塑性Mg-1.5Ca-1.4Al-0.6Zn-0.8Mn-0.3Ce变形镁合金棒材。
本实施案例制得的高强高塑性Mg-1.5Ca-1.4Al-0.6Zn-0.8Mn-0.3Ce变形镁合金棒材，抗拉强度为：401MPa，屈服强度为：383MPa，延伸率为：5.8％。
实施例10
高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金Mg-1.8Ca-1.6Al-0.6Zn-0.8Mn-0.4Ce，组分按质量百分比为：1.8wt.％Ca；1.6wt.％Al；0.6wt.％Zn；0.8wt.％Mn；0.4wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：1.8wt.％Ca；1.6wt.％Al；0.6wt.％Zn；0.8wt.％Mn；0.4wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙、铝、锌、铈、锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至490℃进行均匀化处理40小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车皮之后在300℃下预热，涂抹上石墨润滑后在300℃下进行反向挤压；挤压比为25∶1，挤压速度为1m/min，得到直径9.5mm高强高塑性Mg-1.5Ca-1.4Al-0.6Zn-0.8Mn-0.3Ce变形镁合金棒材。
本实施案例制得的高强高塑性Mg-1.5Ca-1.4Al-0.6Zn-0.8Mn-0.3Ce变形镁合金棒材，抗拉强度为：412MPa，屈服强度为：396MPa，延伸率为：6.7％。
实施例11
高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金Mg-2.5Ca-2.5Al-0.8Zn-1.5Mn-0.5Ce，组分按质量百分比为：2.5wt.％Ca；2.5wt.％Al；0.8wt.％Zn；1.5wt.％Mn；0.5wt.％Ce，余量为Mg。
本实施例的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法为：
(1)按照质量百分比称取以下成分：2.5wt.％Ca；2.5wt.％Al；0.8wt.％Zn；1.5wt.％Mn；0.5wt.％Ce，余量为镁；锰为锰含量6wt.％的镁锰中间合金，金属纯度均在99％以上；
(2)铸锭熔炼：在高纯氩气的保护下，将工业纯镁加热至740℃，待其熔化后，加入合金元素钙、铝、锌、铈、锰搅拌3min，将溶液温度控制在700℃静置10min，打掉表面的浮渣，在温度700℃的条件下将溶液浇铸至预热到200℃的模具中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(3)均匀化处理：将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭在石墨粉覆盖下隔绝空气，加热至520℃进行均匀化处理20小时，水淬后得到均匀化处理的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
(4)反向挤压：将均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭，车皮之后在350℃下预热，涂抹上石墨润滑后在350℃下进行反向挤压；挤压比为30∶1，挤压速度为1.5m/min，得到直径8.5mm高强高塑性Mg-1.5Ca-1.4Al-0.6Zn-0.8Mn-0.3Ce变形镁合金棒材。
本实施案例制得的高强高塑性Mg-1.5Ca-1.4Al-0.6Zn-0.8Mn-0.3Ce变形镁合金棒材，抗拉强度为：437MPa，屈服强度为：411MPa，延伸率为：7.1％。
Claims (5)
1.一种高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法，其特征在于，所述的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金，包括组分及质量百分比为：钙：0.50~2%；铝：0.30~1.5%；锌：0.10~0.5%；锰：0.10~2%；铈：0.10~0.2%，余量为镁和不可避免的杂质；
所述的方法具体包括如下步骤：
步骤1，备料：
按Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金组分质量百分比称取所需原料；
步骤2，铸锭熔炼：
(1)在保护气体保护下，将原料分两批次加入：第一批次：加入纯镁加热至740~780℃，充分搅拌并待其全部熔化；第二批次：加入纯铝、纯钙、纯锌、纯铈、锰或镁锰中间合金；充分搅拌3~6min，形成合金熔液；
(2)将合金熔液温度控制在700~750℃静置10~20min，清除表面的浮渣，浇铸至预热到200~350℃的铁模中，制得Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭；
步骤3，均匀化处理：
将Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭隔绝空气，加热至480~520℃，保温20~50小时，水淬后得到均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金锭；
步骤4，反向挤压：
均匀化态的Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金锭，在230~350℃下预热15min，在230~350℃内进行反向挤压，挤压比为(10~30):1，挤压速度为0.01~2m/min，得到高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金。
2.根据权利要求1所述的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤2(1)中，保护气体为高纯氩气。
3.根据权利要求1所述的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金铸锭隔绝空气的方法为：用石墨粉覆盖或在真空环境或在保护气体下以隔绝空气，其中，所述保护气体为氩气、氦气或氮气。
4.根据权利要求1所述的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金为合金棒材，所述的棒材直径为8.5~15mm。
5.根据权利要求1所述的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金的制备方法，其特征在于，所述的高强高塑性Mg-Ca-Al-Zn-Mn-Ce变形镁合金抗拉强度为：362~449MPa，屈服强度为：352~435MPa，延伸率为：4~13%。
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