CN1904106A - 一种含稀土y的细晶变形镁合金 - Google Patents
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Abstract
一种含稀土Y的细晶变形镁合金，涉及一种结构用金属合金材料。其特征在于其镁合金的重量百分比组成为Al：2.65％～3.25％、Zn：1.11％～1.15％、Mn：0.31％～0.38％、Y：0.27％～2.16％，余量为Mg及不可避免的杂质。本发明之镁合金经均匀化退火后，晶粒为细小的等轴晶，平均晶粒尺寸小于50μm。变形镁合金晶粒细化后可提高材料的强度及塑性，对后期的加工成形十分有利。
Description
技术领域
一种含稀土Y的细晶变形镁合金，涉及一种结构用金属合金材料。
背景技术
镁是所有结构用金属及合金材料中密度最低的。与其他金属结构材料相比，镁及镁合金具有高比强度、比刚度，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，在汽车、电子、电器、航天、航空和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料。
但由于镁是密排六方晶体结构，室温滑移系少，使得镁合金在常温下塑性较差，变形加工困难，因而镁合金大多以铸造方式生产，但铸造后的镁合金产品组织粗大，缺陷较多，强度较低，达不到实际使用的要求，限制了镁合金的广泛使用。而通过变形方式可以生产尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品，并且可以通过材料组织的控制和热处理工艺的应用，获得比铸造镁合金材料更好的性能，满足更多结构件的需要，因而变形镁合金材料更具发展前途与潜力。
国内外十分重视变形镁合金的研究与开发，变形镁合金材料已开始向系列化发展，合金系列有Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Mn、Mg-Li、Mg-Al-Zn、Mg-Zn-Zr、Mg-Mn-Ce、Mg-RE-Zr等。镁铝锌系合金是工业生产中应用最早，使用也是广泛的变形镁合金，可以加工成板、棒、型材和锻件。属于该系的合金有AZ31、AZ61、AZ80、AZ91等合金。镁锌锆系合金是高强度变形镁合金，典型的合金牌号是ZK60、ZK61等。镁合金的发展应用远不及铝合金，其根本原因是镁合金的塑性加工能力差，因此提高镁合金材料的加工性能是推广其应用的关键。
晶粒细化是提高变形镁合金综合性能，改善镁合金成形性的主要途径之一。此外，晶粒细化可减少显微缩松、热裂倾向、提高耐腐蚀性以及产品的机加工性能，均匀细小的等轴晶也是实现镁合金超塑性的关键。目前常用的细化工艺为等径角挤压、大比率挤压、快速凝固粉末冶金等工艺，虽然细化效果显著，但对设备要求较高，难以实现大规模生产。
而采用液态工艺变质处理工艺即浇注前在镁合金熔体中加入适量的变质剂或少量的合金元素使晶粒细化，是一种有效的细化晶粒手段，可提高和改善合金的加工性能。传统的变质工艺主要有过热法，C2Cl6法和碳质孕育法。过热孕育法由于温度高(1148～1198K)，镁液氧化、吸气严重，镁液中铁量急剧增加，显著降低镁合金的抗蚀性等缺点而缺乏适用性。C2Cl6法是在熔炼中加入C2Cl6，可以同时达到除气和细化晶粒的双重效果。但由于生产过程中产生的Cl2腐蚀严重，污染环境，已很少在工业上应用。碳质孕育法是目前普遍采用的工艺，如MgCO3是生产中常用的变质细化剂之一，在合金熔体中产生大量细小而难熔的Al4C3质点，呈悬浮状态并在凝固过程中充当形核基底而细化晶粒。但MgCO3在高温下分解产生MgO夹杂和CO2温室气体，对镁合金熔体和环境易造成污染，且细化效果一般，存在变质衰退等问题。稀土元素是一种有效的变质剂，可起到净化镁合金液、变质组织、提高力学和蠕变性能等作用。国内外众多的研究学者对稀土在镁合金中的作用进行了大量的研究，目前，已经开发了多种系列的稀土镁合金，如：EK系、ZE系、EZ系、QE系等。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种采用稀土元素对变形镁合金进行变质处理，以达到细化晶粒，改善合金组织，提高变形镁合金的强度和塑性的目的，以利于后期加工成形的含稀土Y的细晶变形镁合金。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现。
一种含稀土Y的细晶变形镁合金，其特征在于其镁合金的重量百分比组成为Al：2.65％～3.25％、Zn：1.11％～1.15％、Mn：0.31％～0.38％、Y：0.27％～2.16％，余量为Mg及不可避免的杂质。
本发明的一种含稀土Y的细晶变形镁合金，其特征在于其组成中的杂质Fe、Si、Ni、Ca的总量小于0.1％。
本发明采用传统的镁合金冶炼方法得到上述细晶变形镁合金，铸锭经均匀化退火后晶粒均为细小的等轴晶，平均晶粒尺寸约为50μm。经力学性能检测后，本发明合金的抗拉强度及延伸率较未变质合金均有所提高，利于后期的加工成形。
由于稀土变质剂的偏析和吸附作用，在凝固过程中，偏析使固/液界面前沿液体的平衡液相线温度降低，界面处成分过冷度减小，降低界面能，致使界面上晶体的生长受到抑制，促进生核，阻碍晶体生长，显著细化晶粒。细小等轴的合金晶粒组织具有很多的性能上和工艺上的优点：①可以提高力学性能(如强度、塑性、韧性等)；②可以提高后期工序的可成形性；③在轧制和挤压等加工过程中减少合金的表面缺陷；④由于晶粒细化可减少晶粒的树枝发展，缩小了有效结晶温度间隔，故降低了热裂和缩松趋向等。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但本发明并不仅限于这些例子。
附图说明
图1是未加稀土的原始铸锭的显微组织。
图2是采用本发明的稀土变质后的铸锭的显微组织。
图3是本发明样品的拉伸断口扫描电镜图，(a)是未加稀土的样品的拉伸断口，(b)是采用稀土变质后的样品的拉伸断口。
具体实施方式
一种含稀土Y的细晶变形镁合金，其镁合金的重量百分比组成为Al：2.65％～3.25％、Zn：1.11％～1.15％、Mn：0.31％～0.38％、Y：0.27％～2.16％，余量为Mg及不可避免的杂质。其组成中的杂质Fe、Si、Ni、Ca的总量小于0.1％。
实施例
熔炼采用电阻坩埚炉。由于镁的活性高，在空气中加热时，易氧化烧损，在熔融状态下，无熔剂保护时，则会猛烈的燃烧。因此在熔剂保护下进行合金的熔炼。首先将99.92％(重量百分比)的镁锭和底熔剂加入，熔化后，依次加入称量好的AlMn中间合金及Zn锭，升温至740～760℃，加入MgY中间合金变质剂，用钟罩将其压入熔体下2/3液面处搅拌直到熔化，加入精炼熔剂，静置10分钟，温度降至700^-710℃时浇注到预热(温度～300℃)铁模中。
所用原材料为：99.7％Al，99.92％Mg，10.27％AlMn中间合金，21.38％MgY中间合金(注：除特殊说明外，本发明中所用的合金成份均为质量百分比Wt.％)。得到的镁合金的组成见表1，力学性能检测结果见表2。
表1制备的镁合金的重量百分比组成
| 合金号 | 铝 | 锌 | 锰 | 钇 | 镁 |
| 123 | 2.652.723.20 | 1.111.151.13 | 0.330.310.35 | 0.270.661.43 | 余量余量余量 |
| 4 | 3.25 | 1.15 | 0.38 | 2.16 | 余量 |
表2制备的镁合金的性能
| 合金号 | 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) | 延伸率(％) |
| 1 | 157 | 97 | 5.9 |
| 2 | 169 | 83 | 7.5 |
| 3 | 177 | 67 | 9.7 |
| 4 | 197 | 91 | 11.0 |
Claims (2)
1一种含稀土Y的细晶变形镁合金，其特征在于其镁合金的重量百分比组成为Al：2.65％～3.25％、Zn：1.11％～1.15％、Mn：0.31％～0.38％、Y：0.27％～2.16％，余量为Mg及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种含稀土Y的细晶变形镁合金，其特征在于其组成中的杂质Fe、Si、Ni、Ca的总量小于0.1％。
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