[發(fā)明專利]一種低成本高強高韌各向同性Mg-Zn-Y合金及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN106939388B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 王敬豐;汪海波;高詩情;李順;潘復生
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發(fā)明屬于鎂合金材料技術，涉及一種低成本高強高韌各向同性Mg-Zn-Y合金及其制備工藝。具體是根據(jù)稀土元素對織構的弱化作用，向鎂鋅二元合金中添加稀土Y，并通過控制后續(xù)的軋制和熱處理工藝來制備較高強度、高的塑性和低的各向異性的鎂合金板的加工技術，提高鎂合金室溫和低溫塑性和成形性能。

背景技術

鎂合金是目前使用的最輕的結構材料，它的密度是鋁的2/3，鋼的1/5，有高的比強度、比剛度、比模量，資源豐富、節(jié)能環(huán)保，具有廣泛的應用領域，被世界公認為“二十一世紀最有發(fā)展前景的新材料”。由于鎂合金特殊的密排六方晶體結構，其在變形過程中極易產生織構，從而導致合金在不同方向上表現(xiàn)出較大的性能差異，具有非常明顯的各向異性。力學性能各向異性成為制約鎂合金大型擠壓材和軋制材發(fā)展的主要因素。

目前改善合金力學性能各向異性的方法有添加合金元素、多向鍛造等。稀土元素能夠凈化熔體，細化晶粒，提高合金的力學性能，并能弱化織構，因而常被用來改善鎂合金合金的性能。專利CN102876948A中通過往AZ31中添加Li和Al-5Ti-B，并對其進行擠壓加工，細化了合金的晶粒，降低了各向異性，并提高了合金的力學性能。專利CN105483484A通過將合金化、擠壓和時效相結合，制備出各向同性的Mg-Zn-Zr-RE高強度變形鎂合金。但由于其需要進行往復擠壓，難以制備大規(guī)格材料，且時效耗時較長，不利于應用推廣。專利CN103911569A通過對合金進行多道次的多向鍛造和壓力加工，有效的弱化了變形鎂合金的的力學性能各向異性，但是該方法對初始坯料有較多要求，應用范圍較窄。雖然，目前已有一些改善合金各向異性性能的方法，但各種方法均由一定的局限性。因此，為了擴大變形鎂合金的應用范圍，很有必要開發(fā)一種工藝簡單，周期較短，成本較低的加工方法。

擠壓、軋制和熱處理是鎂合金常用的三種加工方法，國內外對其進行了廣泛的研究。擠壓變形是重要的塑性變形方式之一。擠壓變形過程中由于具有強烈的三向壓應力，能夠有效的防止塑性較差的鎂合金在劇烈的變形中發(fā)生破壞。此外，擠壓變形能夠消除鑄造缺陷，細化合金組織和晶粒，能大幅提高合金的力學性能。軋制變形被公認為是一種提高鎂合金強度的方法。L.B.Tong等對含LPSO相的擠壓態(tài)Mg-Zn-Y合金進行小變形軋制實驗，軋制后合金的基面織構強度增大，LPSO相有所細化，加上合金中存在高密度的位錯，使得合金的屈服強度從240MPa增大到364MPa。C.Xu等對Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金進行了較大變形量的軋制變形，同樣顯著提高了合金的的力學性能。熱處理是一種常用的調控合金強度和塑性的方法。專利CN201010588372.2通過“固溶+時效”處理顯著提高了Mg-Zn-Zr合金的室溫強度和塑性。專利CN201110077840.4通過“固溶+時效”熱處理提高了Mg-Al-Zn-Gd合金的強度和塑性。專利CN201410704385.X通過對AZ81板材進行“固溶+軋制+時效”的變形熱處理工藝使得合金的室溫抗拉強度提高了15.5%-18.2%，但并未提到塑性的變化情況。固溶+時效處理通常被用來提高合金的強度和塑性，但是耗時較長，成本較高，不利于推廣到工程應用。

擠壓后的合金通常含有非常明顯的流線型組織，因而在不同方向上的力學性能差別通常較大。軋制變形可大幅度提高合金的強度，但是卻不利于合金的塑性。對軋制變形后的合金進行熱處理通?？梢燥@著改善合金的塑性，提高其成形性能。因而，本發(fā)明中通過“擠壓+軋制+熱處理”來綜合調控合金的力學性能，力求獲得一種強度較高、塑性較好、各向異性較弱的合金。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低成本高強高韌各向同性Mg-Zn-Y合金，解決鎂合金由于力學性能低、各向異性較強以及成本高而應用受限的問題。進一步還提供其制備方法，通過擠壓、軋制和熱處理耦合技術實現(xiàn)低合金元素Mg-Zn-Y合金的力學性能的優(yōu)化，得到一種低成本高強高韌各向同性的鎂合金，具有較好力學性能且能有效弱化變形鎂合金力學性能各向異性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種低成本高強高韌各向同性Mg-Zn-Y合金，其特征在于，各組分的質量百分含量為：Zn=1.2～1.4，Y=2.2～2.5，F(xiàn)e≤0.06，Mn≤0.02，余量為鎂和不可避免的雜質。

一種低成本高強高韌各向同性Mg-Zn-Y合金的制備方法，通過擠壓變形、軋制變形和熱處理耦合技術實現(xiàn)鎂合金力學性能的優(yōu)化，具體包括如下步驟：