CN114855043A - 一种超细晶高强塑性镁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超细晶高强塑性镁合金及其制备方法，本发明的镁合金按照质量百分比计，由如下成分组成：锌：5.5‑6.5％、钙：0.1‑0.3％，添加元素和不可避免的杂质，所述的添加元素含量为0.2‑0.8％，所述的添加元素为铝或锰的任意组合，其中铝：0‑0.5％，锰：0‑0.5％，不可避免的杂质≤0.05％，余量为镁；其制备方法包括如下步骤：(1)将精炼的镁合金熔体浇铸到铁模中制备出铸锭；(2)将铸锭均质化处理后挤压加工成棒材；(3)将挤压后的棒材进行等通道转角挤压(以下简称ECAP)加工；(4)将ECAP加工后的棒材进行低温单道次大压下量轧制后获得超细晶高强塑性镁合金，所述的镁合金具有超细晶结构，以及较高的强度和塑性。

Description

一种超细晶高强塑性镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种超细晶高强塑性镁合金及其制备方法。
背景技术
在国家可持续发展的要求下，镁合金作为“21世纪绿色工程金属”具有密度低、比强度高、抗阻尼性能好、电磁屏蔽性能优越、易于回收等优点，在国防军事、航空航天、汽车、电子通信等领域应用广泛。为了进一步促进镁合金的工业应用，需要进一步提升其强度。镁合金的霍尔佩奇系数较大，因此细化晶粒是提高镁合金强度最为有效的手段。
为了获得晶粒细化的镁合金，现有研究通过加入稀土元素引入大量的热稳定相，以起到阻碍晶粒长大的作用，从而达到细化晶粒的目的。例如：Liu Huan等人发表于metals期刊第8卷658页的文章Comparative Study of Two Aging Treatments onMicrostructure and Mechanical Properties of an Ultra-Fine Grained Mg-10Y-6Gd-1.5Zn-0.5Zr Alloy公开了：将Mg-10Y-6Gd-1.5Zn-0.5Zr合金在400℃进行了16道次的ECAP加工后，晶粒尺寸细化至1.2μm，合金屈服强度小于300MPa，该方法选用的合金体系稀土含量高达16％。虽然现有技术细化了镁合金的晶粒尺寸，但由于稀土元素价格昂贵，这也导致镁合金生产成本大幅增加；另外现有工艺流程过长，这也进一步增加了镁合金的生产成本。例如：Xu Qiong等人在Materials Science and Engineering:A期刊第771卷第138579页上发表的Enhancement of strength and ductility of SiCp/AZ91 composites by RD-ECAP processing文章公开了一种提高AZ91/SiCp复合材料强塑性的方法，该方法用半固态搅拌制备材料，再采用420℃/20h的均质化处理工艺，然后在250℃进行16道次的ECAP，从Fig.4c和5d可以看出，ECAP处理之后的材料平均晶粒尺寸为1μm，获得的材料屈服强度为220MPa，延伸率为8.3％。从上述现有技术看：为了细化晶粒和实现合金强塑性的提高，采用的是高合金添加含量、加入纳米颗粒、半固态搅拌、高温长时间均质化处理和多道次的高温ECAP等复杂长流程工艺。由此可以看出，现有技术为了实现合金的晶粒细化和强塑性性能提高，需要增加合金的生产成本，使得制备工艺复杂、流程长且能耗高。因此如何在降低原料成本、简化工艺、实现短流程和低能耗的情况下，开发高强塑性超细晶镁合金是目前亟待解决的技术难题。
发明内容
为了解决上述技术难题，本发明提供了一种超细晶高强塑性镁合金，所述的镁合金按照质量百分比计，由如下成分组成：锌：5.5-6.5％、钙：0.1-0.3％，添加元素和不可避免的杂质，所述的添加元素含量为0.2-0.8％，所述的添加元素为铝或锰的任意组合，其中铝：0-0.5％，锰：0-0.5％，不可避免的杂质≤0.05％，余量为镁；
所述的镁合金的制备方法包括如下步骤：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在660-750℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6的体积比为90-99:10-1，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体加入纯锌、镁钙中间合金、镁锰中间合金、纯铝，静置、保温10-30min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温15-30min后，浇铸到200-300℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤(1)获得的镁合金铸锭进行多级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤(2)获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度为300-400℃，挤压速度为2-10min/m，挤压比为50-70:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤(3)获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前，先在100-150℃保温20-30min，然后放入ECAP模具中，再在100-300℃保温2-20min，然后采用Bc路线进行2-4道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃后放入模具；
(5)将步骤(4)获得的棒材，放入100-150℃保温箱保温5-10min后，进行单道次50-70％压下量轧制获得镁合金板材，其中轧辊转速8-10m/min，轧辊温度为100-150℃；
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸为0.3-1μm。
进一步地，步骤(1)所述的在CO2和SF6混合气体的保护下在670-720℃将纯镁加热熔化。
进一步地，步骤(2)所述的多级均质化热处理为：二级或三级均质化热处理。
进一步地，步骤(4)所述的再在100-200℃保温5-10min。
进一步地，所述的二级均质化热处理为：在340-390℃保温8-15h，再在400-450℃保温1-10h。
进一步地，所述的三级均质化热处理为：在310-360℃保温5-8h，再在390-430℃保温1-6h，再在450-470℃保温0.5-5h。
本发明与目前现有技术相比具有以下优势：
与现有技术相比，本发明选择了无稀土元素的合金能够有效降低材料生产成本，通过利用合金元素之间的相互作用，在合金变形时能够动态析出大量热稳定相钉扎晶界，实现晶粒快速细化。通过合金元素以及工艺的协同作用，实现了短流程、低能耗制备高强塑性超细晶镁合金。具体优势如下：
(1)本发明选用的合金组成元素较稀土元素价格低廉，另外与商用AZ91合金或现有技术高含量稀土镁合金相比，本发明合金元素添加含量较低(质量分数<8％)，因此与现有技术相比，本发明显著降低了生产成本。
(2)本发明将多级均质化热处理、挤压、低温少道次ECAP和低温单道次大压下量轧制相结合，与现有技术相比，流程较短，同时采用的加工温度较低，实现了短流程、低能耗制备超细晶。
(3)本发明充分利用Mg、Zn、Ca、Al、Mn等元素之间的相互作用，在变形时动态析出Ca2Mg6Zn3相、Al8Mn5相等，这些析出相热稳定性较好，在后续变形过程中可以钉扎晶界，使晶粒快速细化。
(4)本发明通过元素与工艺的协同作用取得了如下优异效果：与传统高温长时固溶、高稀土含量或高合金添加量的镁合金相比，本发明显著降低了材料生产成本、热处理温度、缩短了时间并节约了能源，能够有效溶解粗大第二相的同时，避免过烧；通过合金内部形成过饱和固溶体，有助于析出纳米级的热稳定相，因此能够实现有效细化晶粒的目的；形成的基面织构有效抑制基面滑移，提升了强度，最终获得了优异的强塑性。本发明获得的镁合金平均晶粒尺寸为0.3-1μm，根据现有技术报道，当平均晶粒尺寸小于1μm时，被定义成超细晶粒，因此本发明获得的镁合金具有超细晶粒结构，此外从本发明说明书附图1也可以看出：本发明获得的晶粒不仅具有超细结构而且大小分布均匀；此外，本发明获得的合金实现了强塑性的同步提高，其中合金屈服强度达到330MPa以上，室温延伸率在10％以上。
附图说明
图1为实施例1步骤(5)获得的Mg-6Zn-0.4Mn-0.3Al-0.2Ca镁合金EBSD组织图；
图2为实施例1步骤(5)获得的Mg-6Zn-0.4Mn-0.3Al-0.2Ca镁合金力学性能图。
具体实施方式
实施例1
以Mg-6Zn-0.4Mn-0.3Al-0.2Ca合金为例(按照成分质量百分比为：Zn：6％，Mn：0.4％，Al：0.3％，Ca：0.2％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁)，其制备方法如下：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在660-690℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6混合气体的体积比例为92-98:8-2，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体加入纯锌、镁钙中间合金、镁锰中间合金、纯铝，静置、保温15-30min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温20-30min后，浇铸到200-280℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤(1)获得的镁合金铸锭进行320℃(8h)+420℃(2h)+450℃(2h)的三级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤(2)获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度340℃，挤压速度为7min/m，挤压比为50:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤(3)获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前先在150℃保温30min，然后放入ECAP模具中，在150℃保温10min，然后采用Bc路线进行4道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃放入模具；
(5)将步骤(4)获得的棒材，放入100℃保温箱保温10min后进行单道次70％压下量轧制获得Mg-6Zn-0.4Mn-0.3Al-0.2Ca合金板材，轧辊转速10m/min，轧辊温度为100℃。
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸0.5μm，平均屈服强度385MPa，平均室温延伸率14％。
实施例2
以Mg-6Zn-0.2Ca合金为例(按照成分质量百分比为：Zn：6％，Ca：0.2％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁)，按上述质量百分比配料：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在670-690℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6混合气体的体积比例为91-96:9-4，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体加入纯锌、镁钙中间合金，静置、保温10-30min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温15-30min后，浇铸到220-280℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤(1)获得的镁合金铸锭进行320℃(8h)+420℃(4h)的二级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤(2)获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度350℃，挤压速度为7min/m，挤压比为70:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤(3)获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前先在150℃保温30min，然后放入ECAP模具中，在150℃保温10min，然后采用Bc路线进行4道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃放入模具；
(5)将步骤(4)获得的棒材，放入150℃保温箱保温10min后进行单道次70％压下量轧制获得Mg-6Zn-0.2Ca合金板材，轧辊转速10m/min，轧辊温度为100℃。
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸0.7μm，平均屈服强度330MPa，平均室温延伸率10％。
实施例3
以Mg-6Zn-0.3Al-0.2Ca合金为例(按照成分质量百分比为：Zn：6％，Al：0.3％，Ca：0.2％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁)，按上述质量百分比配料：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在660-680℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6混合气体的体积比例为93-95:7-5，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体加入纯锌、镁钙中间合金、纯铝，静置、保温20-30min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温15-30min后，浇铸到200-260℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤(1)获得的镁合金铸锭进行330℃(8h)+400℃(2h)+460℃(2h)的三级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤(2)获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度为300℃，挤压速度为5min/m，挤压比为70:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤(3)获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前先在120℃保温20min，然后放入ECAP模具中，在120℃保温5min，然后采用Bc路线进行3道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃放入模具；
(5)将步骤(4)获得的棒材，放入120℃保温箱保温5min后进行单道次60％压下量轧制获得Mg-6Zn-0.3Al-0.2Ca合金板材，轧辊转速8m/min，轧辊温度为100℃。
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸0.9μm，平均屈服强度342MPa，平均室温延伸率11％。
实施例4
以Mg-6Zn-0.2Mn-0.2Ca合金为例(按照成分质量百分比为：Zn：6％，Mn：0.2％，Ca：0.2％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁)，按上述质量百分比配料：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在670-700℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6混合气体的体积比例为94-98:6-2，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体加入纯锌、镁钙中间合金、镁锰中间合金，静置、保温15-30min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温20-30min后，浇铸到210-280℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤(1)获得的镁合金铸锭进行350℃(8h)+430℃(3h)+460℃(2h)的三级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤(2)获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度为400℃，挤压速度为4min/m，挤压比为50:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤(3)获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前先在100℃保温30min，然后放入ECAP模具中，在100℃保温10min，然后采用Bc路线进行2道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃放入模具；
(5)将步骤(4)获得的棒材，放入100℃保温箱保温10min后进行单道次50％压下量轧制获得Mg-6Zn-0.2Mn-0.2Ca合金板材，轧辊转速10m/min，轧辊温度为100℃。
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸0.8μm，平均屈服强度348MPa，平均室温延伸率13％。
实施例5
以Mg-6Zn-0.3Ca合金为例(按照成分质量百分比为：Zn：6％，Ca：0.3％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁)，按上述质量百分比配料：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在660-680℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6混合气体的体积比例为93-95:7-5，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体加入纯锌、镁钙中间合金，静置、保温20-30min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温15-30min后，浇铸到200-260℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤(1)获得的镁合金铸锭进行330℃(6h)+410℃(2h)+460℃(3h)的三级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤(2)获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度为350℃，挤压速度为2min/m，挤压比为50:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤(3)获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前先在130℃保温30min，然后放入ECAP模具中，在130℃保温10min，然后采用Bc路线进行4道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃放入模具；
(5)将步骤(4)获得的棒材，放入130℃保温箱保温10min后进行单道次50％压下量轧制获得Mg-6Zn-0.3Ca合金板材，轧辊转速8m/min，轧辊温度为100℃。
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸1μm，平均屈服强度340MPa，平均室温延伸率10％。
实施例6
以Mg-6Zn-0.4Mn-0.3Ca合金为例(按照成分质量百分比为：Zn：6％，Mn：0.4％，Ca：0.3％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁)，，按上述质量百分比配料：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在680-700℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6混合气体的体积比例为91-96:9-4，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体加入纯锌、镁钙中间合金、镁锰中间合金，静置、保温15-30min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温20-30min后，浇铸到200-280℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤(1)获得的镁合金铸锭进行360℃(10h)+430℃(4h)的二级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤(2)获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度为400℃，挤压速度为10min/m，挤压比为50:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤(3)获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前先在120℃保温30min，然后放入ECAP模具中，在120℃保温10min，然后采用Bc路线进行2道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃放入模具；
(5)将步骤(4)获得的棒材，放入120℃保温箱保温10min后进行单道次50％压下量轧制获得Mg-6Zn-0.4Mn-0.3Ca合金板材，轧辊转速10m/min，轧辊温度为100℃。
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸0.8μm，平均屈服强度370MPa，平均室温延伸率12％。
实施例7
以Mg-6Zn-0.4Al-0.3Ca合金为例(按照成分质量百分比为：Zn：6％，Al：0.4％，Ca：0.3％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁)，按上述质量百分比配料：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在660-680℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6混合气体的体积比例为95-99:5-1，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体加入纯锌、镁钙中间合金、纯铝，静置、保温10-20min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温20-30min后，浇铸到220-260℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤(1)获得的镁合金铸锭进行320℃(8h)+420℃(2h)+450℃(2h)的三级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤(2)获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度为320℃，挤压速度为4min/m，挤压比为70:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤(3)获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前先在100℃保温20min，然后放入ECAP模具中，在100℃保温5min，然后采用Bc路线进行4道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃放入模具；
(5)将步骤(4)获得的棒材，放入100℃保温箱保温5min后进行单道次70％压下量轧制获得Mg-6Zn-0.4Al-0.3Ca合金板材，轧辊转速8m/min，轧辊温度为100℃。
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸0.9μm，平均屈服强度355MPa，平均室温延伸率10％。
实施例8
以Mg-6.2Zn-0.41Mn-0.32Al-0.23Ca合金为例(按照成分质量百分比为：Zn：6.2％，Mn：0.41％，Al：0.32％，Ca：0.23％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁)，其制备方法如下：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在680-700℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6混合气体的体积比例为95-99:5-1，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体中加入纯锌、镁钙中间合金、镁锰中间合金、纯铝，静置、保温15-30min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温20-30min后，浇铸到250-300℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤1获得的镁合金铸锭进行330℃(8h)+430℃(2h)+450℃(4h)的三级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤2获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度为360℃，挤压速度为5min/m，挤压比为50:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤3获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前先在140℃保温20min，然后放入ECAP模具中，在140℃保温8min，然后采用Bc路线进行3道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃放入模具；
(5)将步骤4获得的棒材，放入150℃保温箱保温10min后进行单道次60％压下量轧制获得Mg-6.2Zn-0.41Mn-0.32Al-0.23Ca合金，轧辊转速9m/min，轧辊温度为120℃。
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸0.7μm，平均屈服强度372MPa，平均室温延伸率11％。
实施例9
以Mg-5.6Zn-0.38Mn-0.29Al-0.21Ca合金为例(按照成分质量百分比为：Zn：5.6％，Mn：0.38％，Al：0.29％，Ca：0.21％，不可避免的杂质总和≤0.05％，余量为镁)，其制备方法如下：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在670-700℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6混合气体的体积比例为93-96:7-4，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体中加入纯锌、镁钙中间合金、镁锰中间合金、纯铝，静置、保温20-30min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温15-30min后，浇铸到240-300℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤1获得的镁合金铸锭进行330℃(7h)+420℃(3h)+460℃(4h)的三级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤2获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度为350℃，挤压速度为8min/m，挤压比为55:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤3获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前先在150℃保温30min，然后放入ECAP模具中，在150℃保温10min，然后采用Bc路线进行4道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃放入模具；
(5)将步骤4获得的棒材，放入140℃保温箱保温10min后进行单道次60％压下量轧制获得Mg-5.6Zn-0.38Mn-0.29Al-0.21Ca合金，轧辊转速10m/min，轧辊温度为120℃。
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸0.7μm，平均屈服强度361MPa，平均室温延伸率12％。
对比例1
Yan Kai等人在Materials Science and Engineering:A期刊第739卷第513-518页上发表的Preparation of a high strength and high ductility Mg-6Zn alloy wireby combination of ECAP and hot drawing的文章中公开了一种具有高强塑性的Mg-6Zn合金的制备方法：将铸态合金进行300℃的挤压，挤压比为16:1，然后在200℃进行6道次的ECAP加工，接着进行250℃11道次的热拉拔制备出的镁合金屈服强度仅为200MPa，断裂延伸率为11％，晶粒尺寸为5μm。
与本发明相比，对比例1公开的制备温度高、工艺复杂，晶粒尺寸较大，强塑性较低；此外按照现有技术报道：晶粒尺寸小于1μm，即为超细晶，由此可以看出本发明获得的是超细晶结构的镁合金；另外与现有技术相比，本发明同步实现了镁合金强塑性的提高。综上：本发明通过合金元素之间的相互作用和工艺的协同作用，使得镁合金材料在具有超细晶结构的同时，还同步实现了合金强塑性的提高，本发明获得的镁合金平均晶粒尺寸为0.3-1μm，且大小分布均匀；合金屈服强度达到330MPa以上，室温延伸率在10％以上；其中本发明选择无稀土元素并且低合金含量的合金有效降低了生产成本，利用各个元素之间的相互作用，在变形时动态析出大量热稳定相钉扎晶界，实现晶粒快速细化，与此同时实现了短流程、低能耗工艺制备超细晶。

Claims (6)

1.一种超细晶高强塑性镁合金，其特征在于，所述的镁合金按照质量百分比计，由如下成分组成：锌：5.5-6.5％、钙：0.1-0.3％，添加元素和不可避免的杂质，所述的添加元素含量为0.2-0.8％，所述的添加元素为铝或锰的任意组合，其中铝：0-0.5％，锰：0-0.5％，不可避免的杂质≤0.05％，余量为镁；
所述的镁合金的制备方法包括如下步骤：
(1)在CO2和SF6混合气体的保护下在660-750℃将纯镁加热熔化获得熔体，所述的CO2和SF6的体积比为90-99:10-1，打渣去除熔体表面杂质和氧化层，然后向熔体加入纯锌、镁钙中间合金、镁锰中间合金、纯铝，静置、保温10-30min后，再将熔体进行搅拌、吹气、打渣处理，再次静置、保温15-30min后，浇铸到200-300℃的铁模具中获得镁合金铸锭；
(2)将步骤(1)获得的镁合金铸锭进行多级均质化热处理，并热水淬火，获得均质化热处理后的镁合金铸锭；
(3)将步骤(2)获得的镁合金铸锭进行挤压：挤压温度为300-400℃，挤压速度为2-10min/m，挤压比为50-70:1，获得镁合金棒材；
(4)步骤(3)获得的镁合金棒材在每道次ECAP加工前，先在100-150℃保温20-30min，然后放入ECAP模具中，再在100-300℃保温2-20min，然后采用Bc路线进行2-4道次的ECAP加工，获得ECAP加工后的棒材，所述Bc路线为每道次加工后将合金棒材顺时针旋转90℃后放入模具；
(5)将步骤(4)获得的棒材，放入100-150℃保温箱保温5-10min后，进行单道次50-70％压下量轧制获得镁合金板材，其中轧辊转速8-10m/min，轧辊温度为100-150℃；
步骤(5)获得的镁合金板材平均晶粒尺寸为0.3-1μm。
2.根据权利要求1所述的一种超细晶高强塑性镁合金，其特征在于，步骤(1)所述的在CO2和SF6混合气体的保护下在670-720℃将纯镁加热熔化。
3.根据权利要求1或2所述的一种超细晶高强塑性镁合金，其特征在于，步骤(2)所述的多级均质化热处理为：二级或三级均质化热处理。
4.根据权利要求3所述的一种超细晶高强塑性镁合金，其特征在于，步骤(4)所述的再在100-200℃保温5-10min。
5.根据权利要求3所述的一种超细晶高强塑性镁合金，其特征在于，所述的二级均质化热处理为：在340-390℃保温8-15h，再在400-450℃保温1-10h。
6.根据权利要求3所述的一种超细晶高强塑性镁合金，其特征在于，所述的三级均质化热处理为：在310-360℃保温5-8h，再在390-430℃保温1-6h，再在450-470℃保温0.5-5h。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115233060A (zh) * 2022-08-12 2022-10-25 吉林大学 一种高强塑弱织构低合金含量Mg-Zn-Y-Ca-Zr镁合金及其制备方法
CN115821136A (zh) * 2022-12-12 2023-03-21 吉林大学 一种低合金含量高强塑性镁合金及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105714168A (zh) * 2016-03-25 2016-06-29 中国兵器科学研究院宁波分院 一种高屈服强度镁合金及其制备方法
CN111330986A (zh) * 2020-04-07 2020-06-26 宿迁市河海大学研究院 一种制备具有可控双峰组织的高强高韧镁合金薄板的高效集成加工方法
CN111455243A (zh) * 2020-05-21 2020-07-28 东北大学 一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法
CN114381641A (zh) * 2022-01-19 2022-04-22 吉林大学 一种新型高强塑性低稀土含量Mg-Al-Zn-RE合金及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105714168A (zh) * 2016-03-25 2016-06-29 中国兵器科学研究院宁波分院 一种高屈服强度镁合金及其制备方法
CN111330986A (zh) * 2020-04-07 2020-06-26 宿迁市河海大学研究院 一种制备具有可控双峰组织的高强高韧镁合金薄板的高效集成加工方法
CN111455243A (zh) * 2020-05-21 2020-07-28 东北大学 一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法
CN114381641A (zh) * 2022-01-19 2022-04-22 吉林大学 一种新型高强塑性低稀土含量Mg-Al-Zn-RE合金及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. HORKY 等: "Improving mechanical properties of lean Mg–Zn–Ca alloy for absorbable implants via Double Equal Channel Angular Pressing (D-ECAP)", 《MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING A 》 *
L.B. TONG 等: "Development of high-performance Mg-Zn-Ca-Mn alloy via an extrusion process at relatively low temperature", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *
L.B. TONG 等: "Influence of ECAP routes on microstructure and mechanical properties of Mg-Zn-Ca alloy", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A》 *
王鹏越: "高Zn含量Mg-Zn-Ca系变形镁合金组织调控及力学性能", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115233060A (zh) * 2022-08-12 2022-10-25 吉林大学 一种高强塑弱织构低合金含量Mg-Zn-Y-Ca-Zr镁合金及其制备方法
CN115233060B (zh) * 2022-08-12 2023-02-03 吉林大学 一种高强塑弱织构低合金含量Mg-Zn-Y-Ca-Zr镁合金及其制备方法
CN115821136A (zh) * 2022-12-12 2023-03-21 吉林大学 一种低合金含量高强塑性镁合金及其制备方法
CN115821136B (zh) * 2022-12-12 2024-03-22 吉林大学 一种低合金含量高强塑性镁合金及其制备方法

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