[發(fā)明專利]一種低成本高強(qiáng)度抗疲勞難燃變形鎂合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410784438.3
• 申請(qǐng)日: 2014-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN105779834B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐世偉;唐偉能;秦云;蔣浩民;張丕軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號(hào): C22C23/00
• 分類號(hào): C22C23/00;C22C23/02;C22F1/06
• 代理公司: 上海科琪專利代理有限責(zé)任公司31117
• 代理人: 鄭明輝,夏永興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料及其加工技術(shù)，尤其涉及一種低成本高強(qiáng)度抗疲勞難燃變形鎂合金及其制備方法。

背景技術(shù)

鎂是常用金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的一種，比重約為1.7 g/cm³，是鋼的1/4，鋁的2/3。鎂及鎂合金具有資源豐富、節(jié)約能源、環(huán)境友好的三大優(yōu)勢(shì)，而且是比強(qiáng)度很高的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料和功能材料，是被世界公認(rèn)的“二十一世紀(jì)最有發(fā)展前景的新材料”。但是，由于鎂合金的強(qiáng)度不夠高（特別是屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度）、著火點(diǎn)低，限制了其應(yīng)用范圍。因此，提高鎂合金的屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度以及著火溫度，使其具有良好的綜合性能，是新型鎂合金開發(fā)的熱點(diǎn)。

目前在高強(qiáng)度鎂合金的合金化研究中，合金元素的添加主要集中在鋁、鋅、硅、鍶、銅、鎳、錳、鋯、鈣、鋰和鉍，或者是鈧、釔和稀土元素。其強(qiáng)化機(jī)理主要是固溶強(qiáng)化或與鎂形成金屬間化合物強(qiáng)化。目前研究較多的高強(qiáng)度鎂合金（Mg-Gd/Y等系列）中主要含有大量的稀土或者是鈧、釔等元素（如中國(guó)專利CN102296221，CN 103146973 A，CN101654755，CN102051509），而添加大量的稀土和高價(jià)元素導(dǎo)致該系列合金價(jià)格較貴，在一般行業(yè)中，難以得到廣泛應(yīng)用。而且由于稀土元素的原子序數(shù)都較大，大量稀土元素的使用導(dǎo)致該合金的密度偏大（1.9g/cm³），降低了鎂合金輕質(zhì)的優(yōu)勢(shì)。因此，高強(qiáng)度耐熱鎂合金的開發(fā)應(yīng)兼顧提高性能和降低成本等多個(gè)方面的因素。

疲勞是各種工程構(gòu)件在服役期間的主要失效形式之一，對(duì)于鎂合金結(jié)構(gòu)件亦不例外。可對(duì)鎂合金的疲勞行為產(chǎn)生顯著影響的因素主要包括：顯微組織、冶金因素、第二相等。不管其是鑄態(tài)還是熱處理態(tài)，晶粒越粗大，疲勞強(qiáng)度就越低。鎂合金冶煉過程中難以避免的夾雜物也將對(duì)鎂合金的疲勞行為產(chǎn)生很大影響；特別是呈尖角狀的夾雜物對(duì)鎂合金的疲勞抗力的危害更大；此外，夾雜物分布不均勻時(shí)，也會(huì)降低鎂合金的疲勞強(qiáng)度。由于在第二相和基體界面處結(jié)合力較小，沉淀相或者夾雜物的破碎、局部的應(yīng)力集中都可能形成一些微空洞，因此鎂合金中第二相狀態(tài)對(duì)于鎂合金的疲勞性能有很大的影響。目前一般情況下鎂合金的旋轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度都較低，很少超過150MPa。

由于鎂進(jìn)行合金化，鑄態(tài)合金中通常獲得比較粗大的第二相，嚴(yán)重影響合金的室溫力學(xué)性能和一次鑄造成型性能，對(duì)合金的二次變形加工性能非常不利，對(duì)于合金的抗疲勞性能也產(chǎn)生明顯影響。通過熱處理和塑性變形如軋制、擠壓或者鍛造等可以明顯細(xì)化合金晶粒組織和第二相，顯著提高鎂及鎂合金的強(qiáng)度、延展性和疲勞性能等。例如常用的商用變形鎂合金Mg-Al-Zn系合金，通過熱擠壓、鍛造、軋制等方式加工后能獲得良好的綜合力學(xué)性能。

變形鎂合金存在的另一個(gè)嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)是其變形加工效率很低。在商業(yè)化Mg-Al-Zn系合金中，Al含量低的合金（如AZ21、AZ31等）雖然可以獲得較大的擠壓出口速度（≤20m/min)，但擠壓后材料的室溫拉伸屈服強(qiáng)度一般都低于150MPa（日本輕金屬, 54 pp. 472-477 (2004)，CN 101805866 B）；高Al含量的合金（如AZ80等）雖然可以獲得較高的室溫拉伸屈服強(qiáng)度（＞200MPa），但由于存在較低熔點(diǎn)的第二相粒子（如Mg-Zn相），合金在擠壓等過程中非常容易出現(xiàn)表面開裂，均難實(shí)現(xiàn)高速擠壓加工，其最大的擠壓出口速度一般都低于2m/min（日本輕金屬, 54 pp. 472-477 (2004)，CN 101805866 B），生產(chǎn)效率低導(dǎo)致該系列鎂合金的生產(chǎn)成本較高。常規(guī)的高強(qiáng)度鎂合金的擠壓速度低（一般≤5m/min)是導(dǎo)致鎂合金擠壓產(chǎn)品價(jià)格昂貴的一個(gè)重要原因，嚴(yán)重限制了鎂擠壓產(chǎn)品的大規(guī)模應(yīng)用。

中國(guó)專利CN102485928A公開了一種含混合稀土的高強(qiáng)度耐熱變形鎂合金Mg-6.5Y-0.7富鈰混合稀土-0.4Zr 的高強(qiáng)度耐熱變形鎂合金，其室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到380MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到230MPa。但是其成分中高達(dá)7.3wt%的稀土加入量，造成該合金成本過高，只能用來制造某些超高附加值部件。同時(shí)，由于合金組織中第二相過多，加工性能較差，加工效率較低；且由于稀土含量高，該合金的密度偏大。