[發明專利]高含鋅量的鎂-鋅-錳-鈰系鎂合金材料

無效

• 申請號: 201110005905.4
• 申請日: 2011-01-12
• 公開（公告）號: CN102031433A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 張丁非;齊福剛;徐杏杏;石國梁;趙霞兵;王小紅;張紅菊;湯安
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C22C23/04
• 分類號: C22C23/04
• 代理公司: 重慶志合專利事務所 50210
• 代理人: 胡榮琿

技術領域

本發明涉及一種金屬材料，屬于有色金屬鎂合金生產領域，特別涉及一種具有高強度和高塑性的高含鋅量的鎂-鋅-錳-鈰系鎂合金材料。

背景技術

鎂合金作為目前工業應用中密度最小的金屬結構材料，與其他金屬結構材料相比，具有高的比強度、比剛度，優良的阻尼性能，以及防磁、屏蔽、散熱、易切削加工、易回收等許多特性，在汽車、電子、電器、交通、航天、航空和國防軍事工業領域具有極其重要的應用價值和廣闊的應用前景，是繼鋼鐵和鋁合金之后發展起來的第三類金屬結構材料。20世紀90年代以來，美國、日本、德國和澳大利亞等國相繼出臺各自的鎂研究計劃，將鎂資源作為21世紀的重要戰略物資，加強了鎂及鎂合金在資源、加工、應用等方面的研究開發。

為了鎂合金的廣泛應用，我國將鎂合金的研究重點放在研究和開發高強高韌鎂合金上面，抗拉強度一般要求超過300MPa。目前大部分高強鎂合金材料都含有鋯，一般是指Mg-Zn-Zr合金，其典型的合金牌號如ZK60。含鋯鎂合金具有較高的室溫和高溫性能，主要用于航天航空、軍事等領域，但是其成本高，阻礙其應用范圍。無鋯鎂合金是目前鎂合金中最廣泛的金屬材料，但其強度低、擠壓性能不好，機械性能遠遠不能滿足將鎂合金擴大到更廣泛的工業領域的要求，因此發展新型不含鋯的高強度高塑性鎂合金具有非常重要的意義。

普通不含鋯的Mg-Zn-Mn系鎂合金中鋅含量通常≤2％，這是由于Mg-Zn-Mn系鎂合金在鑄造后的凝固過程中，隨著溫度降低，Zn溶解度下降(100℃時降到2％以下)，當鋅含量超過2％，過量的鋅不能固溶到鎂基體中，存在大量的Mg-Zn相，對成型性和韌性有不利的影響，所以Mg-Zn-Mn系合金的傳統牌號主要為ZM21，ZM21合金具有中等強度，塑性一般。在ZM21合金基礎上，發明人參與含鈰的鎂-鋅-錳系鎂合金(專利號200810069375.8)的研制，該合金相比ZM21合金明顯提高了塑性，但是強度提高有限，沒有達到高強度鎂合金的范圍；發明人也參與高含鋅量的鎂-鋅-錳系鎂合金(專利申請號200710078329.X)的研制，其斷后伸長率一般不超過11％，其塑性不好，限制了應用范圍。

發明內容

本發明的目的是提供一種高含鋅量的鎂-鋅-錳-鈰系高強度高塑性鎂合金材料，本發明材料與含鈰的鎂-鋅-錳系鎂合金相比，抗拉強度和屈服強度大大提高；與高鋅含量的Mg-Zn-Mn系鎂合金相比，綜合力學性能得到明顯提高；與Mg-Al-Zn系鎂合金相比較，力學性能大大提高；與Mg-Zn-Zr系鎂合金的典型牌號ZK60合金相比，力學性能相同，延伸率得到較明顯的提高，成型性能較高，可替代ZK60用于金屬材料的力學性能要求高的工業生產，如航空、軍工等。

本發明的技術方案是所述鎂合金由Mg、Zn、Mn和Ce組成，其各組分質量百分含量為：Zn：5.0～8.0％；Mn：0.5～1.25％；Ce：0.2～1.0％；不可避免雜質≤0.15％；其余為鎂。

本發明較好的技術方案是鎂合金各組分的質量百分比為：Zn：5.8％；Mn：0.7％；Ce：0.5％；不可避免雜質≤0.15％；其余為鎂。

本發明不可避免的雜質為Al、Si、Ni、Cu、Fe，其總量≤0.15％。

按照通常鎂合金的冶煉方法取得上述鎂合金材料，進行均勻化處理，在擠壓機上擠壓成棒材，同時快速冷卻，可以加工出各種鎂合金產品。

本發明所述鎂合金材料具有以下優點：

1.本發明所述鎂合金材料與專利號為200810069375.8的低鋅含量的含鈰的鎂-鋅-錳系鎂合金相比，提高了鋅的含量，其中元素鋅在后期均勻化退火過程中，可以固溶到鎂基體晶格中，最高固溶度達6.2％，在熱擠壓后快速冷卻，鋅原子與鎂基體形成固溶體，從而起到固溶強化作用，同時保證了足夠數量的MgZn析出相和時效強化效果，因此，本發明所述鎂合金材料與低鋅含量的含鈰的鎂-鋅-錳系鎂合金相比，抗拉強度和屈服強度大大提高，使材料的力學性得到明顯的提升。

2.本發明所述鎂合金材料由于添加了稀土元素鈰，在凝固過程中，其平均分配系數K≤1，鈰主要富集在固/液界面的前沿，從圖1可以看出，鈰主要分布在晶界和枝晶間，對晶界具有釘扎作用，可以抑制晶粒長大，所得晶粒細小。