一種抗衝擊的高強鎂合金材料及製備方法
2023-05-18 20:09:31 1
專利名稱：一種抗衝擊的高強鎂合金材料及製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種鎂合金材料，本發明也涉及一種鎂合金材料的製備方法。
背景技術：
鎂合金作為輕質結構材料，在交通運輸和電子工業等諸多領域具有廣泛的應用前景。有些鎂合金構件在應用過程中不可避免的受到外來應力的作用，其中包括高速運動物體(衝擊載荷)的衝擊。因此，結構件材料的抗衝擊性能是其重要的性能指標之一。鎂合金材料若要在高衝擊載荷的環境下安全使用，則必須具有高的抗衝擊性能。
目前，對鎂合金的抗衝擊性能研究報導比較少，高抗衝擊性能的鎂合金更是鮮有報導。據現有文獻報導，擠壓態AZ61鎂合金在衝擊載荷的作用下其屈服強度僅有170MPa(AZ61鎂合金的動態力學性能與顯微分析，材料工程/2009年11期)；即使經過軋制和擠壓變形後，晶粒細小的AZ31B在衝擊載荷的作用下其屈服強度也僅有150MPa-240MPa(Enhanced impact toughness of magnesium alloy by grain refinement ScriptaMaterialia 61(2009)208-211)。目前，商業鎂合金大多數是通過晶粒細化的手段來提高其力學性能的，這種方式對鎂合金的抗衝擊性能提高有限。
發明內容
本發明的目的在於提供一種既具有優異的準靜態力學性能，又具有良好的抗衝擊性能的抗衝擊的高強鎂合金材料。本發明的目的還在於提供一種生產成本低，生產效率高，易於操作的抗衝擊的高強鎂合金材料的製備方法。本發明的抗衝擊的高強鎂合金材料的組成成分及其質量百分含量為RY:7. 0-11. 0%, Gd 1. 0-2. 5%, Zn :2. 0-3. 0%，不可避免的 Fe、Cu、N1、Si 雜質總量小於 O. 03%，餘
量為Mg。RY的主要成分及其質量百分含量為Y 75%-82%, Er :9%_12%，Ho :5%_8%。熔煉時以Mg-RY中間合金，Mg-Gd中間合金的形式向鎂熔體中添加稀土元素。本發明的抗衝擊的高強鎂合金材料的製備方法為以純Mg、純ZruMg-RY中間合金、Mg-Gd中間合金為原料,將合金元素熔化後進行熔煉、扒渣，保溫靜置後降溫，利用水冷模具進行冷卻，所得鎂合金鑄經過高溫勻質化處理後，在擠壓機上熱擠壓成形。所述熔煉在sf6/co2氣體保護或熔劑保護條件下進行。熔煉的熔體保溫溫度為740-750 °C，保溫靜置時間為25_45min，澆注溫度為700-720。。。所述均勻化處理為在450-500°C溫度下，保溫10_15h。所述擠壓成形的擠壓溫度為420-470°C，擠壓速率為1. 2-1. 5m/min，擠壓比大於為15。本發明所具有的實質性特點和顯著的進步為
(I)本發明在鎂合金中添加Y、Gd、Zn等元素，Mg、Y、Gd、Zn以及其他部分稀土原子在本發明的配比範圍內，經本發明的製備工藝，能夠形成大量的長周期堆垛有序結構(LPSO)相，這種強化相能夠顯著提高鎂合金強度和抗衝擊性能。(2)本發明中Gd元素的添加是以Mg-Gd中間合金的方式加入的。Mg-Gd中間合金的熔點要比單質Gd低得多，在熔煉過程中較低的熔煉溫度會顯著降低Mg的揮發，並且節約能源。(3)本發明中Y元素的添加是以Mg-RY(富釔)中間合金的方式加入的。其好處有三一是Mg-RY中間合金的熔點要比單 一純稀土低得多，在熔煉過程中較低的熔煉溫度會顯著降低Mg的揮發，並且節約能源。二是Mg-RY稀土在國內的儲量十分豐富，並且大部分都處於閒置狀態，其價格要遠遠低於單一的純稀土。三是已有研究表明多種稀土的協調作用會進一步提高鎂合金的力學性能。本發明在Mg合金中添加RY (RY :富釔混合稀土)、Gd、Zn元素，對常規的熔煉、勻質化處理及熱擠壓處理等技術進行合理組合和工藝條件改善，製備出抗衝擊性能優良的變形鎂合金。該發明利用特定合金化元素(RY、Gd、Zn)及其配比在鎂合金中形成特殊強化相，通過第二相強化和細晶強化的共同作用，改善傳統鎂合金的不足，製備出強度高、抗衝擊性能優良的鎂合金材料，從而推動鎂合金產業發展。
附圖為實施例1中一種抗衝擊的高強鎂合金材料衝擊載荷作用下的應力應變曲線。
具體實施例方式以下通過具體的實施例對本發明的技術方案做詳細描述，應理解的是，這些實施例是用於說明本發明，而不是對本發明的限制，在本發明的構思前提下對本發明做簡單改進，都屬於本發明要求保護的範圍。實施例1合金的化學成分(質量百分比)為8. 4%RY、0. 9%Gd、l. 9%Zn，雜質元素Fe、Cu、N1、Si的總量小於O. 03%，餘量為Mg。製備合金的熔鑄和加工工藝為首先按配比稱料，將Mg、Zn、Mg_RY中間合金、MgGd中間合金預熱到200°C，然後將Mg放入預熱到100°C的坩鍋中，並通入SF6 = CO2體積比為
I 100的保護氣體，待Mg完全熔化後加入Zn，當熔體溫度達到740°C時加入Mg-RY中間合金、Mg-Gd中間合金，加入的中間合金熔化後，通入氬氣精煉攪拌lOmin，除渣後在740°C靜置25min，待溫度降至700°C後，採用水冷模具澆鑄成圓棒。所得鑄棒在450°C勻質化處理IOh後空冷，車削後在420°C進行擠壓，擠壓速率為1. 5m/min，最後得到一種抗衝擊的高強鎂合金材料。本實施例所得的抗衝擊的高強鎂合金材料( I)其成型性良好，表面光滑。(2)該合金具有較高的強度室溫下屈服強度為260MPa :抗拉強度為356MPa :延伸率為12% (應變速率為I X 1θ )。
並且具有良好的抗衝擊性能在應變速率為2000^1時，屈服強度達到 348MPa 延伸率為>22%。其衝擊載荷作用下的應力應變曲線參見附圖1。實施例2合金的化學成分(質量百分比)為7. 0%RY、2. 2%Gd、2. 3%Zn，雜質元素Fe、Cu、N1、Si的總量小於O. 03%，餘量為Mg。製備合金的熔鑄和加工工藝為首先按配比稱料，將Mg、Zn、Mg-RY中間合金、Mg-Gd中間合金預熱到250°C，然後將Mg放入預熱到120°C的坩鍋中，並通入SF6: CO2體積比為1:100的保護氣體，待Mg完全熔化後加入Zn，當熔體溫度達到750°C時加入Mg-RY中間合金、Mg-Gd中間合金,加入的中間合金熔化後,通入IS氣精煉攪拌15min,除洛後在740°C靜置45min，待溫度降至710°C後，採用水冷模具澆鑄成圓棒。所得鑄棒在480°C勻質化處理IOh後空冷，車削後在450°C進行擠壓，擠壓速率為1. 5m/min，最後得到一種一種抗衝擊 的高強鎂合金材料。本實施例所得的抗衝擊的高強鎂合金材料，其準靜態力學性能和抗衝擊性能為該合金具有較高的強度室溫下屈服強度為258MPa :抗拉強度為374MPa :延伸率為10% (應變速率為I X IO-3S-1 )。並且具有良好的抗衝擊性能在應變速率為2200s—1時，屈服強度為358MPa延伸率為24%。實施例3合金的化學成分(質量百分比)為9. 7%RY、2. 5%RGd、2. 9%Zn，雜質元素Fe、Cu、N1、Si的總量小於O. 03%，餘量為Mg。製備合金的熔鑄和加工工藝為首先按配比稱料，將Mg、Zn、Mg-RY中間合金、Mg-Gd中間合金預熱到240°C，然後將Mg放入預熱到120°C的坩鍋中，並通入SF6: CO2體積比為1:100的保護氣體，待Mg完全熔化後加入Zn，當熔體溫度達到760V時加入Mg-RY中間合金、Mg-Gd中間合金,加入的中間合金熔化後,通入IS氣精煉攪拌15min,除洛後在750°C靜置30min，待溫度降至720°C後，採用水冷模具澆鑄成圓棒。所得鑄棒在480°C勻質化處理15h後空冷，車削後在450°C進行擠壓，擠壓速率為1. 2m/min，最後得到一種抗衝擊的高強鎂合金材料。本實施例所得的抗衝擊的高強鎂合金材料，其準靜態力學性能和抗衝擊性能為該合金具有較高的強度室溫下屈服強度為258MPa :抗拉強度為356MPa :延伸率為12%。(應變速率為I X ΙΟΙ—1 )。並且具有良好的抗衝擊性能在應變速率為2300^時，屈服強度為346MPa :延伸率為24%。實施例4合金的化學成分(質量百分比)為10. 9%RY、1. 5%Gd、2. 8%Zn，雜質元素Fe、Cu、N1、Si的總量小於O. 03%，餘量為Mg。製備合金的熔鑄和加工工藝為首先按配比稱料，將Mg、Zn、Mg-RY中間合金、Mg-Gd中間合金預熱到250°C，然後將Mg放入含有已熔化熔劑的坩堝中，待Mg完全熔化後加入Zn，當熔體溫度達到760V時加入Mg-RY中間合金、Mg-Gd中間合金，加入的中間合金熔化後，加入精煉劑精煉攪拌15min，除渣後在750°C靜置40min，待溫度降至720°C後，採用水冷模具澆鑄成圓棒。所得鑄棒在500°C勻質化處理15h後空冷，車削後在470°C進行擠壓，擠壓速率為1. 2m/min，最後得到一種抗衝擊的高強鎂合金材料。本實施例所得的抗衝擊的高強鎂合金材料，其準靜態力學性能和抗衝擊性能為該合金具有較高的強度室溫下屈服強度為272MPa :抗拉強度為376MPa :延伸率為8. 6%。(應變速率為I X IOH
並且具有良好的抗衝擊性能在應變速率為2000^時，屈服強度為366MPa :延伸率為20%。
權利要求
1.一種抗衝擊的高強鎂合金材料，其特徵是組成成分及其質量百分含量為RY: 7. 0-11. 0%, Gd 1. 0-2. 5%, Zn :2. 0-3. 0%，不可避免的 Fe,Cu,Ni, Si 雜質總量小於 O. 03%，餘量為Mg。
2.根據權利要求1所述的抗衝擊的高強鎂合金材料,其特徵是RY的主要成分及其質量百分含量為Y 75%-82%, Er 9%-12%, Ho :5%_8%。
3.—種如權利要求1所述抗衝擊的高強鎂合金材料的製備方法，其特徵是以純Mg、純 Zn、Mg-RY中間合金、Mg-Gd中間合金為原料，將合金元素熔化後進行熔煉、扒渣，保溫靜置後降溫，利用水冷模具進行冷卻，所得鎂合金鑄經過高溫勻質化處理後，在擠壓機上熱擠壓成形。
4.根據權利要求3所述的抗衝擊的高強鎂合金材料的製備方法，其特徵是所述熔煉在SF6/C02氣體保護或熔劑保護條件下進行。
5.根據權利要求3或4所述的抗衝擊的高強鎂合金材料的製備方法，其特徵是熔煉的熔體保溫溫度為740-750°C，保溫靜置時間為25-45min，澆注溫度為700-720°C。
6.根據權利要求3或4所述的抗衝擊的高強鎂合金材料的製備方法，其特徵是所述均勻化處理為在450-500°C溫度下，保溫10-15h。
7.根據權利要求5所述的抗衝擊的高強鎂合金材料的製備方法，其特徵是所述均勻化處理為在450-500°C溫度下，保溫10-15h。
8.根據權利要求3或4所述的抗衝擊的高強鎂合金材料的製備方法，其特徵是所述擠壓成形的擠壓溫度為420-470°C，擠壓速率為1. 2-1. 5m/min，擠壓比大於為15。
9.根據權利要求5所述的抗衝擊的高強鎂合金材料的製備方法，其特徵是所述擠壓成形的擠壓溫度為420-470°C，擠壓速率為1. 2-1. 5m/min，擠壓比大於為15。
10.根據權利要求6所述的抗衝擊的高強鎂合金材料的製備方法，其特徵是所述擠壓成形的擠壓溫度為420-470°C，擠壓速率為1. 2-1. 5m/min，擠壓比大於為15。
全文摘要
本發明提供的是一種抗衝擊的高強鎂合金材料及製備方法。以純Mg、純Zn、Mg-RY中間合金、Mg-Gd中間合金為原料，將合金元素熔化後進行熔煉、扒渣，保溫靜置後降溫，利用水冷模具進行冷卻，所得鎂合金鑄經過高溫勻質化處理後，在擠壓機上熱擠壓成形得到組成成分及其質量百分含量為RY7.0-11.0%，Gd1.0-2.5%，Zn2.0-3.0%，不可避免的雜質總量小於0.03%，餘量為Mg的抗衝擊的高強鎂合金材料。本發明利用特定合金化元素及其配比在鎂合金中形成特殊強化相，通過第二相強化和細晶強化的共同作用，製備出強度高、抗衝擊性能優良的鎂合金材料，從而推動鎂合金產業發展。
文檔編號C22C23/06GK103014469SQ20131000612
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月8日 優先權日2013年1月8日
發明者冷哲, 張景懷, 尹婷婷, 張密林, 巫瑞智, 郭旭英, 張麗, 孫儉鋒 申請人:哈爾濱工程大學