专利名称：：一种热挤压高强度Mg-Zn-Y-Zr合金的制作方法
技术领域：
：本发明属于有色金属中镁合金生产领域，涉及一系列具有良好力学性能的镁合金。
背景技术：
：进入21世纪，资源和环境己成为人类可持续发展的首要问题。随着金属材料消耗量的急剧上升和科学技术的飞速发展，大规模生产工艺的出现和广泛使用，许多传统金属矿产资源趋于枯竭，因此，加速镁合金的应用，对保持社会可持续发展具有重要的战略意义。镁合金具有诸多优点，被誉为"21世纪绿色工程材料。"为了镁合金应用的更加广泛，我国将镁合金的研究重点放在研究和开发高强高韧镁合金上面。就目前而言，采用常规化的制备手段开发高强度高韧的镁合金可分为三个层次，第一层次目标是发展抗拉强度超过300MPa，延伸率可达8%15%的综合性能优良的低成本铸造镁合金，用于汽车、电子等民用行业；第二层次则是发展抗拉强度接近400MPa，延伸率可达6%10%的更高强度的铸造镁合金，可用航天航空及军事武器等领域；第三个层次是发展抗拉强度在350500MPa，延伸率可达6%10%的高强度变形镁合金，可用于更加广泛的领域。高强度镁合金主要包括Mg-Al、Mg-Zn和Mg-RE(RE为稀土元素)三个合金系。由于变形镁合金的性能远优于铸造镁合金的性能，同时变形镁合金可以满足不同场合结构件的使用要求，而且变形镁合金的产品用量比铸造镁合金的用量小，因此，开发变形镁合金是长远趋势。我们列举了目前典型变形镁合金材料的成分和性能，如表1所示。表1典型商用变形镁合金材料的成分和性能<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>
发明内容本发明的目的是提供一类具有良好力学性能的变形镁合金材料。一种热挤压高强度Mg-Zn-Y-Zr合金，化学成分(原子百分比)为Mg99.5-x(Y067Zn0.33)xZr05，其中7.5《X《12.5。在本发明所提出的镁合金材料，具有良好的力学性能，其具体性能与现在典型镁变形材料对比实施列表。本发明的优点是1、本镁合金材料采用熔剂保护法冶炼，该种方法使用的最早也最广泛，具有工业使用价值，打破了高性能镁合金制备工艺复杂、制备条件苛刻的限制，使得现有的工业条件就能直接生产出高性能镁合金。2、在没有进行精炼、低挤压比(1=11)、未经过任何热处理的情况下，该材料的强度明显高于目前典型变形镁合金的强度。3、本镁合金材料属于高镁合金，在保持良好力学性能的前提下，保证了合金的低密度(p=1.87g/cm3)和原材料的低成本。图1是变形镁合金的等温挤压的挤压力与坯料挤出长度的关系曲线。(挤压速率为lmm/min)。横坐标为坯料挤出长度；纵坐标为挤压力。图2是变形镁合金的X-射线衍射谱。横坐标为20角度；纵坐标为衍射强度(任意单位)。图3是Mg99.5.x(Ya67ZnQ.33)xZra5，其中X=10的铸态镁合金组织照片图4是Mg99.5-x(Y,Zna33)xZra5，(X-10)变形镁合金的截面组织照片。图5是Mg99.5.x(Y,Zno.33)xZro.5，(X-10)变形镁合金的侧面组织照片。图6是Mg99.5.x(Yo.67Zno.33)xZro.5，(X-10)变形镁合金的拉伸应力-应变曲线。(拉伸速率为6mm/min)横坐标为应变；纵坐标为应力。图7是Mg99.5.x(Yo.67Zno.33)xZro.5，(X-10)变形镁合金的拉伸断口形貌(扫描电镜照片)。具体实施例方式采用市售纯金属Mg、Y、Zn、Zr(纯度高于99.5%，重量百分比)为起始材料，实施例合金的成分(原子百分比)分别为Mg94.5(Yo.67Zno33)sZra5、Mg92(Ya67Zno.33)7.5Zr05、Mg89.5(Yo.67Zno.33)K)Zr().5。首先将Y和Zr在氩气气氛下电弧熔炼，每个合金需熔炼5次，以保证中间合金成分均匀。按照确定的成分别配制500g,其中，考虑到镁金属的熔点和沸点只有648'C和IO卯'C，说明在熔炼高温下镁容易挥发，所以我们采取了多加5%的方法。熔炼设备是普通的电阻加热炉，具有保温性能好，均温区长等特点，温度控制设备A1-518/518P人工智能控制器。熔炼坩埚采用石墨坩埚。冶炼过程的熔剂是自行配制的，成分如表2。首先，将石墨坩埚在20(TC下保温10min，目的是确保坩埚的干燥，然后将事先干燥的镁块放入坩埚，迅速加入熔剂覆盖。温度迅速上升到680'C并保温15min，大量镁熔化后，用钛棒搅拌，搅拌结束时加入熔剂覆盖，当镁熔化完全后迅速加入(Y、Zr)中间合金碎块，搅拌，加入覆盖剂，反复几次。随后温度在15min内上升至695°C，加入锌块，搅拌，加入覆盖剂，随后5min内升到700°C，然后在10min升到720°C，期间进行适当搅拌，加入覆盖剂。然后保温15min，静置，在空气中浇注到内腔直径为20mm的水冷铜模里。然后，从铸锭上截取长度为20mm的试样，将试样表面打磨以去掉氧化皮。热挤压采用自制的模具，在IOOOKNMTS材料试验机上将初态直径是20mmMg-Y-Zn-Zr合金在400±10°C和挤压速率为1mm/min的条件下挤压成直径是6mm的试样，挤压过程采用自己配制的油酸+二硫化钼润滑。塑性加工后的试样加工成标准试样，在室温和拉伸速率为6mm/min条件下进行拉伸试验。我们从变形镁合金的等温挤压的挤压力与坯料挤出长度的关系曲线并结合相关理论可以知道，试样的强度随着乂=5、7.5和IO不断增大如图1。样品横截面的X射线衍射谱表明试样主要有a-Mg和长周期结构Mg12ZnY(18R结构，堆垛方式为ACBCBCBACACACBABAB)和准晶相Mg3YZn6(二十面体准晶，具有优良机械性能)三相组成，见图2。通过观察铸态合金组织照片如图3发现晶粒细小，有共晶组织存在，相组成与XRD的结果一致。从变形镁合金的组织照片图4、图5发现Mg^ZnY析出相增多，晶粒沿挤压方向成纤维状分布。通过拉伸应力-应变曲线图6我们得到Mg89.5(Yo.67Zno.33)K)Zro.5合金的抗拉强度比较高，达到了436MPa。通过Mg895(Y,Zna33)10Zr0.5合金的断口形貌如图7我们得到Mg89.5(Yo.67Zno.33)wZro.5合金的断裂形式为韧性断裂和脆性断裂两种断裂形式共同存在，以脆性断裂断裂为主。自行配制熔剂成分列于表2。表3为本发明实施例的性能，通过和表l对比可以看出，此系列镁合金具有优异的力学性能。表2自行配制熔剂成分<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1.一种热挤压高强度Mg-Zn-Y-Zr合金，化学成分原子百分比为Mg99.5-x(Y0.67Zn0.33)xZr0.5，其中7.5≤X≤12.5。全文摘要一种热挤压高强度Mg-Zn-Y-Zr合金，属于镁合金生产领域。该镁合金化学成分原子百分比为Mg<sub>99.5-x</sub>(Y<sub>0.67</sub>Zn<sub>0.33</sub>)<sub>x</sub>Zr<sub>0.5</sub>，其中7.5≤X≤12.5。该材料采用熔剂保护熔炼，无需精炼、挤压比低(λ＝11)，打破了高性能镁合金制备工艺复杂、制备条件苛刻的限制，使得现有的工业条件就能直接生产出高性能镁合金。在保证良好力学性能的条件下，保证了合金的低密度和低成本，未经过任何热处理的情况下，该材料的强度明显高于目前典型变形镁合金的强度。文档编号C22C23/00GK101418403SQ20081022645公开日2009年4月29日申请日期2008年11月11日优先权日2008年11月11日发明者安亮坤,张翠梅,惠希东,毅王,王恩睿,许志一,陈国良申请人:北京科技大学