CN113564440A - 一种高性能易锻造的镁合金材料及制备方法 - Google Patents

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范佳
王瑞
樊晓泽
韩金强
杜军伟
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Abstract

本发明涉及一种高性能易锻造的镁合金材料及制备方法，本发明的镁合金材料按质量百分比，包括以下组成：Y元素：7.0％‑10.0％，Cd元素：0.5％‑1.5％，Ce/La：3.0％‑4.0％。其余为镁元素。本发明的镁合金材料的力学性能较高且易于锻造，抗拉强度可达到500MPa以上。

Description

一种高性能易锻造的镁合金材料及制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种高性能易锻造的镁合金材料及制备方法。
背景技术
镁合金被誉为“21世纪绿色结构材料”，在交通运输、通讯仪器、轻工、航空、军工等领域具备广泛的应用前景。目前镁合金在汽车工业中的应用以每年15％～20％的速度快速增加，远高于其他金属材料。但其受制于塑形变形能力差和强度较低的缺陷，实际应用方面较铝合金及钢铁材料相距较大，尤其高温性能下降过大，严重限制了其应用。所以提高镁合金强度，开发新型高强度镁合金应用材料是镁合金研究中必须解决的问题。目前国内外研究方向倾向于稀土元素合金化、快速凝固技术、大塑形变形及复合材料方面，以期获得高强/超高强镁合金材料。
发明内容
本发明为解决背景技术中存在的技术问题，而提供一种高性能易锻造的镁合金材料及制备方法，其力学性能较高，抗拉强度可达到500MPa以上。
本发明的技术解决方案是：本发明为一种高性能易锻造的镁合金材料，其特殊之处在于：所述镁合金材料按质量百分比，包括以下组成：Y元素：7.0％-10.0％，Cd元素：0.5％-1.5％，Ce/La：3.0％-4.0％，其余为镁元素。
进一步的，Y元素为Mg-Y中间合金。
进一步的，Cd元素为Mg-Cd中间合金。
进一步的，Ce/La元素为Mg-Ce/La复合中间合金。
进一步的，Mg元素为纯元素。
一种制备上述的高性能易锻造的镁合金材料的方法，其特殊之处在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)合金配料:按照配合比例配合后熔炼成铸锭，熔炼设备为中频熔炼炉，合金铸锭含Y元素：7.0％-10.0％，Cd元素：0.5％-1.5％，Ce/La：3.0％-4.0％，其余为镁元素；
2)铸锭退火：对铸锭进行均质化处理：均质化温度：380℃-420℃，时间：10-12h；水淬；
3)锻造。
进一步的，步骤1)中的熔炼工艺如下：炉内通入保护气：SF6+CO2，SF6体积占比为：0.05-1％，其余为CO2，加热功率10-20kw预加热10-25分钟后，加热功率15-35kw加热至溶液全熔，然后在加热功率30-35kw保温20-40分钟，再以加热功率10-20kw降温15-30分钟至浇注温度，浇铸温度：670℃-730℃，然后浇注。
进一步的，步骤中3)锻造的具体步骤如下：
铸锭加热时间：D÷1.0mm/min(D为铸锭直径，单位mm)；
铸锭加热温度：350-400℃；
锻造模具温度：220-280℃；
锻造比：3-4。
进一步的，步骤中3)之后还包括步骤4)锻造产品的时效处理：挤压产品固溶处理温度：180℃-250℃，保温时间：4-10小时。
本发明的有益效果是：
1)在合金中添加7％-10％的Y元素以增强合金的固溶强化作用和细晶强化作用；
2)在合金中添加Ce、La及Cd元素以可以提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程，又可以析出非常稳定的弥散相粒子，从而能大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
实施例1
本发明的高性能易锻造的镁合金材料按质量百分比，包括以下组成：镁元素：余量，Y元素：7.5％，Cd元素：0.6％，Ce/La元素：3.5％。
其制备方法如下：
1)按照以上配合比例配合后熔炼成铸锭，熔炼工艺如下：炉内通入保护气：SF6+CO2，SF6体积占比为：0.7％，其余为CO2，加热功率15kw预加热13分钟后，加热功率25kw加热至溶液全熔，然后在加热功率30kw保温25分钟，再以加热功率12kw降温15分钟至浇注温度，浇铸温度：720℃，然后浇注；
2)铸锭退火：对铸锭进行均质化处理：均质化温度：380℃，时间：10h；水淬；
3)锻造：
铸锭加热时间及温度：直径300mm铸锭加热温度380℃，到温后保温时间300min；
锻造模具温度：230℃；
锻造过程中锻造比为3；
4)锻造产品的时效处理：
挤压产品固溶处理温度：180℃，保温时间：10小时。
得到的高性能易锻造的镁合金材料性能数据(室温拉伸)：
状态 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％
铸锭未退火 376 321 6
铸锭退火 395 360 8
锻造产品 487 423 12
时效处理 507 449 15
实施例2
本发明的高性能易锻造的镁合金材料按质量百分比，包括以下组成：镁元素：余量，Y元素：8.5％，Cd元素：1.0％，Ce/La元素：3.6％。
其制备方法如下：
1)按照以上配合比例配合后熔炼成铸锭，熔炼工艺如下：炉内通入保护气：SF6+CO2，SF6体积占比为：0.9％，其余为CO2，加热功率18kw预加热10分钟后，加热功率30kw加热至溶液全熔，然后在加热功率32kw保温30分钟，再以加热功率18kw降温20分钟至浇注温度，浇铸温度：730℃，然后浇注；
2)铸锭退火：
对铸锭进行均质化处理：均质化温度：390℃，时间：10h；水淬；
3)锻造：
铸锭加热时间及温度：直径300mm铸锭加热温度390℃，到温后保温时间300min；
锻造模具温度：240℃；
锻造过程中锻造比为3.6；
4)时效处理：
锻造产品250℃保温5小时。
得到的高性能易锻造的镁合金材料性能数据(室温拉伸)：
状态 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％
铸锭未退火 396 331 7
铸锭退火 408 356 9
锻造产品 496 438 11
时效处理 511 478 14
实施例3
本发明的高性能易锻造的镁合金材料按质量百分比，包括以下组成：镁元素：余量，Y元素：9.5％，Cd元素：1.3％，Ce/La元素：3.8％。
其制备方法如下：
1)按照以上配合比例配合后熔炼成铸锭，熔炼工艺如下：炉内通入保护气：SF6+CO2，SF6体积占比为：0.3％，其余为CO2，加热功率15kw预加热20分钟后，加热功率20kw加热至溶液全熔，然后在加热功率30kw保温25分钟，再以加热功率12kw降温10分钟至浇注温度，浇铸温度：740℃，然后浇注；
2)铸锭退火：
对铸锭进行均质化处理：均质化温度：400℃，时间：10h；水淬；
3)锻造：
铸锭加热时间及温度：直径300mm铸锭加热温度400℃，到温后保温时间300min；
锻造模具温度：260℃；
锻造过程中锻造比为4；
4)时效处理：
锻造产品220℃保温6小时。
得到的高性能易锻造的镁合金材料性能数据(室温拉伸)：
状态 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％
铸锭未退火 415 365 7
铸锭退火 405 389 9
锻造产品 495 412 11
时效处理 521 479 16
本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。
本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。
以上，仅为本发明公开的具体实施方式，但本发明公开的保护范围并不局限于此，本发明公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种高性能易锻造的镁合金材料，其特征在于：所述镁合金材料按质量百分比，包括以下组成：Y元素：7.0％-10.0％，Cd元素：0.5％-1.5％，Ce/La：3.0％-4.0％，其余为镁元素。
2.根据权利要求1所述的高性能易锻造的镁合金材料，其特征在于：所述Y元素为Mg-Y中间合金。
3.根据权利要求1所述的高性能易锻造的镁合金材料，其特征在于：所述Cd元素为Mg-Cd中间合金。
4.根据权利要求1所述的高性能易锻造的镁合金材料，其特征在于：所述Ce/La元素为Mg-Ce/La复合中间合金。
5.根据权利要求1所述的高性能易锻造的镁合金材料，其特征在于：所述Mg元素为纯元素。
6.一种制备权利要求1所述的高性能易锻造的镁合金材料的方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)合金配料:按照配合比例配合后熔炼成铸锭，熔炼设备为中频熔炼炉，合金铸锭含Y元素：7.0％-10.0％，Cd元素：0.5％-1.5％，Ce/La：3.0％-4.0％，其余为镁元素；
2)铸锭退火：对铸锭进行均质化处理：均质化温度：380℃-420℃，时间：10-12h；水淬；
3)锻造。
7.根据权利要求6所述的高性能易锻造的镁合金材料制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的熔炼工艺如下：炉内通入保护气：SF6+CO2，SF6体积占比为：0.05-1％，其余为CO2，加热功率10-20kw预加热10-25分钟后，加热功率15-35kw加热至溶液全熔，然后在加热功率30-35kw保温20-40分钟，再以加热功率10-20kw降温15-30分钟至浇注温度，浇铸温度：670℃-730℃，然后浇注。
8.根据权利要求7所述的高性能易锻造的镁合金材料制备方法，其特征在于：所述步骤中3)锻造的具体步骤如下：
铸锭加热时间：D÷1.0mm/min(D为铸锭直径，单位mm)；
铸锭加热温度：350-400℃；
锻造模具温度：220-280℃；
锻造比：3-4。
9.根据权利要求8所述的高性能易锻造的镁合金材料制备方法，其特征在于：所述步骤中3)之后还包括步骤4)锻造产品的时效处理：挤压产品固溶处理温度：190℃-250℃，保温时间：4-6小时。
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