专利名称：：一种高强韧性变形镁合金及其制备方法
技术领域：
：本发明属于材料
技术领域：
，特别涉及一种高强韧性变形镁合金及其制备方法。
背景技术：
：镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、机力卩工性能优良和减震性好等优点，被广泛应用于航天航空、汽车及'3C产品中。与铸态材料相比，变形镁合金材料更具发展前途与潜力，通过变形可以生产尺寸多样的板、棒、管、型材，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高的强度，更好的延展性，更多样化的力学性能，从而满足更多结构件的需要。因此，研究与开发新型变形镁合金，开发变形镁合金生产新工艺，生产高质量的变形镁合金产品，对发展镁合金材料有着长远的影响。目前的变形镁合金材料普遍存在塑性不够，综合性能不高的缺点，并且采用传统的工艺制备通常导致镁合金的杂质含量较高。
发明内容针对以上技术问题，本发明提供一种高强韧性变形镁合金及其制备方法。'本发明的高强韧性变形镁合金的成分按重量百分&为Zn4.5~5.5%，Nd2.5~3.5%,Zr0.25~0.5%,余量为Mg;其抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率分别为260300MPa、250290MPa、6~9%。本发明的高强韧性变形镁合金的制备方法为将纯镁铸锭、金属锌、金属钕和镁锆合金按上述设定成分配制用量，采用循环熔炼方法，在645655'C条件和保护气体条件下熔炼并去除杂质，然后在715725'C条件下浇注，合金凝固后起模，获得镁合金铸锭。将镁合金铸锭加热至325335'C，保温2535min，然后进行多道次轧制，道次压下量为11~12.5%，各道次间在325-335'C条件下退火1020min，总变形量为62~68%，获得高强韧性变形镁合金。'上述的循环熔炼方法采用的设备包括熔炼炉、网格过滤装置、测重仪和循环泵，网格过滤装置和循环泵位于熔炼炉的坩埚内，测重仪与网格过滤装置装配在一起；进行镁合金熔炼时，将熔炼炉的坩埚加热至645~655°C，然后将纯镁铸锭置于网格过滤装置内，向坩埚内通入保护气体，待纯镁铸锭全部熔化后，按设定成分向网格过滤装置中加入金属锌、金属钕和镁锆合金，启动测重仪和循环泵，使坩埚内的金属熔体强制循环通过网格过滤装置，当测重仪显示网格过滤装置的重量不再增加时，停止循环泵，完成熔炼。上述过程中通入的保护气体为氮气和SF6混合气体，混合气体中SF6的体积百分比为0.35~0.45%。在相同的工艺条件下，本发明的高强韧性变形镁合金比铸态镁合金的室温强韧性指标明显提高。该高强韧性变形镁合金与铸态Mg-Zn合金相比，合金熔体处理简单、合金熔炼搅拌过程中杂质处理较好。本发明的方法制备的高强韧性变形镁合金，具有较高的强韧性，而且易于轧制；通过向合金中添加少量的稀土Nd和元素Zr来提高合金的强度和韧性，以达到少量多元强化的目的。稀土Nd和元素Zr不仅能细化合金组织、提高材料强^，而且能够改善合金的铸造性能、提高合金的综合力学性能。Nd是以纯Nd的形式加入到合金中，Zr元素是以Mg-Zr中间合金的形式加入合金中的，这们可以最大限度地减少由于合金化而产生的杂质和夹杂，同时也可以使Nd和Zr元素能最大限度地溶入镁固溶体基体中。纯镁来源广泛且价格便宜，熔炼工艺成熟，通用性强，易于实现工业化生产。图1为本发明实施例1中的镁合金铸锭显微组织图。图2为本发明实施例1中的铸轧变形量为33%时的铸轧镁合金横向显微组织图。图3为本发明实施例1中的铸轧变形量为33%时的铸轧镁合金纵向显微组织图。图4为本发明实施例1中的铸轧变形量为50%时的铸轧镁合金横向显微组织图。图5为本发明实施例1中的铸轧变形量为50%时的铸轧镁合金纵向显微组织图。图6为本发明实施例1中的铸轧变形量为66%时的铸轧镁合金横向显微组织图。图7为本发明实施例1中的铸轧变形量为66%时的铸轧镁合金纵向显微组织图。图8为本发明实施例中的循环熔炼方法所采用的设备结构示意图，图中l、坩埚，2、网格过滤装置，3、连接杆，4、测重仪，5、保护气体入口管，6、螺旋液体泵，7、泵入口管，8、泵出口管。具体实施例方式本发明实施例中采用的纯镁铸锭和纯铵为工业纯镁和纯钕产品。本发明实施例中采用镁锆合金中锆的重量百分比为15~25%。本发明实施例中采用的循环熔炼方法为专利200510047067.1所提供的方法，采用的装置包括熔炼炉、网格过滤装置、连接杆、测重仪、保护气体入口和螺旋液体泵；其中网格过滤装置为筐式过滤网，其底部开有孔径在0.12rnrn的网孔，网孔孔径大小一致或以O.lmm为单位连续变化。本发明实施例中采用的螺旋液体泵的流速为15kg/min。本发明实施例中采用的轧机轧制速度为1.5-2.0m/min。本发明实施例中采用的SF6气体为市购产品。实施例1循环熔炼装置如图8所示，熔炼炉的坩埚1顶部连接保护气体入口管5，坩埚1底部设置网格过滤装置2，网格过滤装置为筐式过滤网，其底部开有孔径在0.12mm的网孔，网孔孔径以O.lmm为单位连续变化；网格过滤装置2通过连接杆3与测重仪4连接，螺旋液体泵6固定在熔炼炉上，其泵入口管7和泵出口管8设置在坩埚内，泵出口管7穿过网格过滤装置2的侧壁，与网格过滤装置内部连通。采用上述装置，将坩埚预热至65(TC，将纯镁铸锭置于网格过滤装置内，通入氮气和SF6混合气体，混合气体中SF6的体积百分比为0.4W;待纯镁铸锭全部熔化后，启动螺旋液体泵和测重仪，将金属锌、金属钕和镁锆合金置于网格过滤装置内，螺旋液体泵将金属熔体强制循环通过过滤网格装置，熔体中的杂质经多次循环后与合金熔体分离，被隔离在过滤网格装置内，保护气体使熔体表面形成一层致密氧化膜保护熔体不被氧化；当测重仪显示网格过滤装置的重量不再增加时，停止螺旋液体泵，完成熔炼。将熔炼完成后的熔体加热至72(TC，然后浇注，合金凝固后起模，获得镁合金铸锭。所获得的镁合金铸锭显微组织如图1所示，其抗拉强度127.1MPa、屈服强度95.474MPa、断裂伸长率3.01%。将获得的镁合金铸锭分为三组，各自进行轧制，轧制方法为将镁合金铸锭加热至325°C，保温35min，然后进行多道次轧制，道次压下量为.11~12.5%，各道次间在325335。C条件下退火1020min，总变形量分别为33%、50%和66%，获得的变形镁合金的成分按重量百分比为Zn5y。，Nd3%，Zr0.5%，余量为Mg;性能如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中变形量33%的变形镁合金的横向显微组织如图2所示，纵向显微组织如图3所示；变形量50%的变形镁合金的横向显微组织如图4所示，纵向显微组织如图5所示;变形量66%的变形镁合金的横向显微组织如图6所示，纵向显微组织如图7所示；由图可知，铸态时合金的晶粒较大，晶粒大小不均匀，经过变形后晶粒逐渐呈流线型。在变形量为33%时，晶粒内有大量的孪晶存在，.晶粒大小不均匀；在变形量为50%时，晶粒内的孪晶变得细小，有少量的再结晶出现；在突形量为66%时，晶粒内有少量的孪晶存在，而再结晶大量出现，晶粒变得较小且晶粒大小较为均匀。实施例2'釆用的循环熔炼装置同实施例1。高强韧性变形镁合金的制备方法同实施例1，不同点在于(1)坩埚预热温度为645'C，混合气体中SF6的体积百分比为0.35。/。；(2)将熔炼完成后的熔体加热至715'C，然后浇注；(3)轧制方法为将镁合金铸锭加热至33(TC，保温30min，然后进行多道次轧制，道次压下量为11~12.5%，各道次间在325~335°<:条件下退火1020min，总变形量为64%，获得高强韧性变形镁合金，其成分为Zn4.5。/。，Nd2.5%，Zr0.25%，余量为Mg;抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率分别为294.4MPa、289.093MPa、8.2%。实施例3采用的循环熔炼装置同实施例l。高强韧性变形镁合金的制备方法同实施例l,不同点在于(1)坩埚预热温度为655'C，混合气体中SF6的体积百分比为0.45。/。；(2)将熔炼完成后的熔体加热至725'C，然后浇注；(3)轧制方法为将镁合金铸锭加热至335'C，保温25min，然后进行多道次轧制，道次压下量为11~12.5%，各道次间在325335'C条件下退火1020min，总变形量为68%，获得高强韧性变形镁合金，其成分为Zn5.5。/。，Nd3.5%，Zr0.35%，余量为Mg;抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率分别为300.4MPa、290.4MPa、9%。实施例4采用的循环熔炼装置同实施例1。高强韧性变形镁合金的制备方法同实施例l，不同点在于(1)坩埚预热温度为650'C，混合气体中SF6的体积百分比为0.4。/。；(2)将熔炼完成后的熔体加热至72(TC，然后浇注；(3)轧制方法为将镁合金铸锭加热至335'C，保温30min，然后进行多道次轧制，道次压下量为11~12.5%，各道次间在325-335°C条件下退火10~20min，总变形量为62%，获得高强韧性变形镁合金，其成分为Zn5。/。，Nd3%,ZrO.4%,余量为Mg;抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率分别为280.5MPa、275.254MPa、7.33%。权利要求1、一种高强韧性变形镁合金，其特征在于该合金的成分按重量百分比为Zn4.5～5.5％，Nd2.5～3.5％，Zr0.25～0.5％，余量为Mg；其抗拉强度为260～300MPa，屈服强度为250～290MPa，断裂伸长率为6～9％。2、一种高强韧性变形镁合金的制备方法，将纯镁铸锭、金属锌、金属钕和镁锆合金按上述设定成分配制，采用熔炼炉、网格过滤装置、测重仪和循环泵进行循环熔炼，步骤是将熔炼炉的坩埚加热至645655'C，将纯镁铸锭置于网格过滤装置内，向坩埚内通入保护气体，待纯镁铸锭全部熔化后，按设定成分向网格过滤装置中加入金属锌、金属钕和镁锆合金，启动测重仪和循环泵，使坩埚内的金属熔体强制循环通过网格过滤装置，当测重仪显示网格过滤装置的重量不再增加时，完成熔炼；其特征在于熔炼完成后在715725'C条件下浇注，获得镁合金铸锭；然后将镁合金铸锭加热至325335'C'，保温2535min，再进行轧制，轧制的道次压下量为1112,5。/。，各道次间在325335。C条件下退火1020min，总变形量为6268。/0，获得高强韧性变形镁合金。3、根据权利要求2所述的高强韧性变形镁合金的制备方法，其特征在于所述的保护气体为氮气和SF6混合气体，混合气体中SFs的体积百分比为0.35~0.45%。全文摘要一种高强韧性变形镁合金及其制备方法，属于材料
技术领域：
，该合金的成分为Zn4.5～5.5％，Nd2.5～3.5％，Zr0.25～0.5％，余量为Mg；其抗拉强度为260～300MPa，屈服强度为250～290MPa，断裂伸长率为6～9％。制备制备方法为将纯镁铸锭、金属锌、金属钕和镁锆合金按上述设定成分配制，采用熔炼炉、网格过滤装置、测重仪和循环泵进行循环熔炼，然后浇注成铸锭，加热至325～335℃，保温后进行轧制，总变形量为62～68％。本发明的方法制备的高强韧性变形镁合金，具有较高的强韧性，而且易于轧制。文档编号C22F1/06GK101603137SQ20091001254公开日2009年12月16日申请日期2009年7月15日优先权日2009年7月15日发明者正刘,伟吴,林杨,立林,鹏邹,陈立佳,高晓丹申请人:沈阳工业大学