[發明專利]一種高強度鎂合金擠壓無縫管材及其制備工藝

有效

• 申請號: 201210308513.X
• 申請日: 2012-08-27
• 公開（公告）號: CN103627938A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 陳榮石;唐偉能;韓恩厚;柯偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22F1/06;B21C23/08;C21D8/10
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明屬于金屬材料加工技術和冶金技術領域，具體涉及一種高強度鎂合金擠壓無縫管材及其制備工藝。

背景技術

鎂合金作為一種新型輕質金屬材料，具有密度低、比強度高、抗沖擊、可循環利用等一系列優點，在交通運輸、航空、航天、3C等行業具有廣闊的應用前景。有望成為僅次于鋼鐵、鋁合金的第三大金屬結構材料。迄今為止，世界范圍內大部分鎂合金制品都采用鑄造方法，特別是壓鑄成型生產。鎂合金變形后一般具有更高的強度和延展性，適合于制造承受大載荷的零件；而且通過對變形加工工藝的控制，可得到更多樣化的產品形式和力學性能。因此對于擴大鎂合金的應用領域，變形鎂合金產品的開發具有重要意義。

但是，由于鎂合金為密排六方結構金屬，在室溫下只有基面滑移系和某些孿晶系可以開動，導致鎂合金的塑性較差，加工變形比較困難。由于鎂合金較差的加工性能，因此迄今變形鎂合金產品種類仍很少。目前工業通用鎂合金主要是AZ系列和ZK系列。AZ系列鎂合金的變形后經合適的熱處理，強度一般難以超過350MPa，屈服強度一般不大于280MPa，室溫伸長率一般不大于6%。ZK系鎂合金經變形+時效熱處理后的抗拉強度和屈服強度分別約為300MPa和210MPa，室溫伸長率7%左右。因此市場上迫切需要更多品種、更高力學性能的變形鎂合金材料。

管材廣泛應用于航空航天、交通運輸、醫療器械及電子電器等工業領域，具有重要的應用價值。例如，飛機座椅骨架和各個座椅之間串聯排列都是通過管材實現的。使用AZ系鎂合金管材制作的自行車賽車的車架，不僅質量輕、剛度大、加速性及穩定性好；而且還可吸收沖擊與振動，使騎行輕快舒適，不易疲勞。隨著鎂合金的眾多優點逐漸被人們認識,，市場對高性能鎂合金管材的需求將越來越多。

采用擠壓技術加工管材，可降低原材料的消耗，擠壓后管材的晶粒組織細小，組織致密性更好，管材的力學性能高。但是鎂合金的擠壓變形抗力較鋁合金、銅合金等大幾倍，鎂合金擠壓時往往在擠壓過程中悶車導致擠壓無法繼續進行，因此鎂合金管材，特別是高強度的鎂合金管材難以生產。如何降低鎂合金在擠壓過程中的流變應力，提高其塑性成型的流動性能，是鎂合金管材擠壓過程中需要解決的重要問題。

中國專利授權公告號：CN101407018B（申請號：200810167697.6）公布了一種鎂合金擠壓管材的制造方法，其化學成分為：鎂58～64%，鋁7~8%，鋅3～4%，鋯4～5%，釔1～2%，鋰21～23%；該方法制備的管材的屈服強度只有150MPa。中國專利授權公告號：CN101805865A（申請號：201010142229.0）公布了一種高強鎂合金管材，其化學成分為Al：7.8～9.2%，Zn：0.2～0.8%，Mn：0.2～0.5%，0.5～2.0%的稀土（沒有具體說明為哪種稀土元素），獲得的最大抗拉強度為360MPa，最大室溫伸長率為11.5%。

綜合已有的文獻報道，發現現有的擠壓鎂合金管材一般都是通過分流模擠壓，管材內部都存在擠壓拼合的冶金焊縫，其組織致密性較差，強度、特別是疲勞強度較低；在實際使用過程中，該位置是管材的薄弱之處，容易引起開裂或斷裂。由于擠壓無縫管材的微觀組織中不存在任何冶金焊合縫隙，徑向的力學性能更好，特別是其疲勞強度更高。因此，發展既有高抗拉強度和高屈服強度，同時具有良好的室溫塑性的無縫管材，是進一步擴大鎂合金應用，特別在循環載荷條件下使用的鎂合金管材，將起到推動作用。

發明內容

針對鎂合金管材的強度和塑性不高、管材產品存在冶金焊合縫，焊縫處性能弱的現狀，本發明提供了一種具有更高強度和更高塑性的鎂合金無縫管材及其相應的擠壓加工工藝，具體是根據稀土元素（Gd，Y等）及過渡族元素（Zn，Mn等）在鎂合金中的強化相形成規律及其強韌化作用機制設計合金化學成分；首先通過開坯擠壓合金鑄錠成棒料，在開坯的棒料上打孔后，在帶穿孔針的雙動擠壓機上二次擠壓成無縫管材，并結合優化的后續熱處理，來獲得一種高強度鎂合金無縫管材。

本發明技術方案是：

一種高強度鎂合金擠壓無縫管材，以質量百分比計，管材合金成分為：Gd：8.0~10.0%；Y：1.0.0%；Zn：0～1.0%；Zr：0.1～0.7%；其余為Mg。

該管材的力學性能為：抗拉強度≥400MPa，屈服強度≥300MPa，伸長率≥6%。

所述的高強度擠壓無縫管材的規格為：外徑5~1000mm，壁厚0.5～499mm。

上述管材的制備工藝包括如下步驟：