本发明属于金属材料
技术领域：
，尤其涉及一种高速挤压的高强度变形镁合金及其制备方法。
背景技术：
：镁及镁合金具有密度小的特点，虽然一般铝合金的力学性能与同尺寸镁合金的力学性能相当，但镁合金的比强度和比刚度明显高于钢和铝合金，且比工程塑料要高得多。因此，镁及镁合金凭借其密度小及其它优势而受到广泛关注。在能源紧缺和环境恶化的今天，镁合金材料的开发与研究一直是金属材料领域的一个重点研究方向。美、欧、日等发达国家或地区在很早就对镁合金开展了较系统的研究，并且在其加工与制备方面取得了令人瞩目的成就。但由于镁合金成形和加工技术设备大都十分复杂且造价昂贵，使得镁合金的制备从研究向技术转化时存在一定的困难。目前实现产业化的高强变形镁合金主要以Mg-Al系为主，由于Al含量高，使得这类合金中存在着大量的镁铝相，这些第二相具有较低的熔点，在高速挤压的过程中极易发生第二相溶解从而导致型材开裂。因为上述材料特性，使其存在变形速率不可太快的缺点。技术实现要素：本发明的一个目的是提供一种高速挤压的高强度变形镁合金，该合金在进行高速挤压的同时可以保持较高的力学性能。本发明的另一个目的是提供一种高速挤压的高强度变形镁合金的制备方法。本发明通过下述技术方案予以实现：一种高速挤压的高强度变形镁合金，该合金为Mg-Zn-Sn-Al-Sr-Mn-Ce-Be镁合金，由以下质量百分比的原料制备而成：2-5.5％的Zn、0.3-5％的Sn、0.5-2％的Al、0.1-1％的Sr、0.1-1％的Mn、0.1-1％的Ce、0.00005-0.0002％的Be，其余为镁。上述的高速挤压的高强度变形镁合金的制备方法包括以下步骤：(1)将合金化坩埚清理干净后预热至300-500℃，然后将预热后的纯镁锭投入坩埚中并升温至700-800℃熔化成镁液；(2)按原料配比，向步骤1得到的镁液中投入纯锌、纯铝、Mg-Sn中间合金、Al-Sr中间合金、Mg-Ce中间合金、Al-Be中间合金和MnCl2并且搅拌20-30分钟，搅拌过程中向熔体均匀撒入RJ-5镁合金精炼剂，RJ-5镁合金精炼剂的量以镁液不燃烧为准；(3)将步骤2得到的镁液控温至740-760℃之间，进行搅拌，期间向熔体均匀撒入质量为镁液总量0.5-1.5％的RJ-5镁合金精炼剂进行精炼，精炼时间为20-50分钟，然后吹工业纯Ar进行精炼，精炼时间为20-50分钟；(4)将步骤3得到的精炼后的镁液降温至630-660℃，然后升温至690-720℃后采用金属铸造设备制备成镁合金铸态坯料，在浇铸过程中通入CO2-SF6混合气体进行保护；(5)均匀化退火处理：均匀化退火温度为400-550℃，保温时间为4-24h，均匀化退火后将坯料切割成所需尺寸并去皮；(6)将上述所制备的坯料放入挤压机上进行变形处理得到镁合金型材，挤压温度为300-480℃，挤压比为10-80，挤压速度为1-30m/min；(7)对步骤6得到的镁合金型材进行150-250℃、8-24h的时效处理，时效处理后得到高速挤压的高强度变形镁合金。在所述步骤(2)中，MnCl2为颗粒状，颗粒直径为1-3mm。在所述步骤(2)中，Mg-Ce中间合金为Mg-10Ce中间合金。在所述步骤(4)中，CO2-SF6混合气体中CO2和SF6的体积比为100:1。在所述步骤(4)中，制备坯料使用的模具为用于镁合金的成型的棒、板、管、丝或各种异性模具。本发明提供的镁合金在高挤压比的条件下实现快速挤压，即在挤压比不小于30，型材尺寸复杂的情况下其挤压速度可大于25m/min，主要可以解决高强度镁合金因后期加工变形速率底下而使制造成本大幅提高所带来的问题。并且挤压终了的型材具有很高的力学性能，适用于3C产品外壳、休闲用品承重结构以及航空航天零部件的坯料等；该种材料制备工艺简单、成本低，具有良好的产业化前景。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案：以下实施例中所使用的原料为纯镁锭(99.8wt％)、纯锌锭(99.5wt％)、纯锡锭(99.9wt％)、纯铝锭(99.5wt％)、纯锶锭(99.9wt％)、Mg-10Ce中间合金、Al-1Be中间合金以及MnCl2(99.9wt％)。实施例1所设计的Mg-3Zn-2Sn-1Al-0.3Sr-0.5Mn-0.1Ce-0.00005Be(wt％)按成分配比称取所需原料(每1000g目标合金由30gZn、20gSn、10gAl、3gSr、10gMg-10Ce中间合金、0.005gAl-1Be中间合金、11.5gMnCl2和915.495gMg组成)，制备方法包括以下步骤：(1)将合金化坩埚清理干净并且预热炉膛至300℃，并将所用原料预热至80℃，投入纯镁锭升温至700℃熔化成镁液；(2)待镁液加热至700℃以后，依次加入30gZn、20gSn、10gAl、3gSr、10gMg-10Ce中间合金、11.5gMnCl2和0.005gAl-1Be中间合金，MnCl2为颗粒状，颗粒直径为1mm，在加热过程中使用机械泵搅拌20分钟，搅拌过程中向熔体均匀撒入RJ-5镁合金精炼剂，RJ-5镁合金精炼剂的量以镁液不燃烧为准；(3)然后将步骤2得到的镁液升温至740℃开始精炼，搅拌并撒入5g(以1000g镁液为例)RJ-5镁合金精炼剂，精炼时间为20分钟，然后吹入Ar气进行精炼，吹气时间为20分钟，吹气同时均匀撒入RJ-5镁合金精炼剂并且不断搅拌，RJ-5镁合金精炼剂的量以镁液不燃烧为准；(4)将步骤3得到的精炼后的镁液降温至630℃，然后升温至690℃后采用金属铸造设备制备成镁合金铸态坯料，在浇铸过程中通入CO2-SF6混合气体进行保护，CO2-SF6混合气体中CO2和SF6的体积比为100:1；(5)均匀化退火：均匀化退火温度为400℃，坯料回炉加热至规定温度，并保温5h(其中不包括升温时间的1h)，退火完毕后将坯料机加工至规定尺寸；(6)将机加工后坯料预热后放入挤压机上进行变形处理得到镁合金型材，挤压温度为350℃，挤压比为20，挤压速度为10m/min，所得型材空冷至室温；(7)将所得镁合金型材进行150℃，5h的时效处理，得到高速挤压的高强度变形镁合金。实施例2所设计的Mg-4Zn-3.5Sn-2Al-0.3Sr-0.6Mn-0.2Ce-0.00008Be(wt％)按成分配比称取所需原料(每1000g目标合金由40gZn、35gSn、20gAl、3gSr、20gMg-10Ce中间合金、0.008gAl-1Be中间合金、13.8gMnCl2和868.192gMg组成)，制备方法包括以下步骤：(1)将合金化坩埚清理干净并且预热炉膛至400℃，并将所用原料预热至100℃，投入纯镁锭升温至750℃熔化成镁液；(2)待镁液加热至750℃以后，依次加入40gZn、35gSn、20gAl、3gSr、20gMg-10Ce中间合金、13.8gMnCl2和0.008gAl-1Be中间合金，MnCl2为颗粒状，颗粒直径为2mm，在加热过程中使用机械泵搅拌25分钟，搅拌过程中向熔体均匀撒入RJ-5镁合金精炼剂，RJ-5镁合金精炼剂的量以镁液不燃烧为准；(3)然后将步骤2得到的镁液升温至750℃开始精炼，搅拌并撒入10g(以1000g镁液为例)RJ-5镁合金精炼剂，精炼时间为30分钟，然后吹入Ar气进行精炼，吹气时间为30分钟，吹气同时均匀撒入RJ-5镁合金精炼剂并且不断搅拌，RJ-5镁合金精炼剂的量以镁液不燃烧为准；(4)将步骤3得到的精炼后的镁液降温至645℃，然后升温至700℃后采用金属铸造设备制备成镁合金铸态坯料，在浇铸过程中通入CO2/SF6混合气体进行保护，CO2/SF6混合气体中CO2和SF6的体积比为100:1；(5)均匀化退火：均匀化退火温度为450℃，坯料回炉加热至规定温度，并保温10h(其中不包括升温时间的1h)，退火完毕后将坯料机加工至规定尺寸；(6)将机加工后坯料预热后放入挤压机上进行变形处理得到镁合金型材，挤压温度为400℃，挤压比为40，挤压速度为15m/min，所得型材空冷至室温；(7)将所得镁合金型材进行200℃,10h的时效处理，得到高速挤压的高强度变形镁合金。实施例3所设计的Mg-5Zn-3.5Sn-2Al-0.3Sr-0.8Mn-0.2Ce-0.0001Be(wt％)按成分配比称取所需原料(每1000g目标合金由50gZn、35gSn、20gAl、3gSr、20gMg-10Ce中间合金、0.01gAl-1Be中间合金、18.4gMnCl2和853.59gMg组成)，制备方法包括以下步骤：(1)将合金化坩埚清理干净并且预热炉膛至500℃，并将所用原料预热至100℃，投入纯镁锭升温至800℃熔化成镁液；(2)待镁液加热至800℃以后，依次加入50gZn、35gSn、20gAl、3gSr、20gMg-10Ce中间合金、18.4gMnCl2和0.01gAl-1Be中间合金，MnCl2为颗粒状，颗粒直径为3mm，在加热过程中使用机械泵搅拌30分钟，搅拌过程中向熔体均匀撒入RJ-5镁合金精炼剂，RJ-5镁合金精炼剂的量以镁液不燃烧为准；(3)然后将步骤2得到的镁液升温至760℃开始精炼，搅拌并撒入15g(以1000g镁液为例)RJ-5镁合金精炼剂，精炼时间为40分钟，然后吹入Ar气进行精炼，吹气时间为40分钟，吹气同时均匀撒入RJ-5镁合金精炼剂并且不断搅拌，RJ-5镁合金精炼剂的量以镁液不燃烧为准；(4)将步骤3得到的精炼后的镁液降温至660℃，然后升温至710℃后采用金属铸造设备制备成镁合金铸态坯料，在浇铸过程中通入CO2/SF6混合气体进行保护，CO2/SF6混合气体中CO2和SF6的体积比为100:1；(5)均匀化退火：均匀化退火温度为500℃，坯料回炉加热至规定温度，并保温15h(其中不包括升温时间的1h)，退火完毕后将坯料机加工至规定尺寸；(6)将机加工后坯料预热后放入挤压机上进行变形处理得到镁合金型材，挤压温度为450℃，挤压比为80，挤压速度为20m/min，所得型材空冷至室温；(7)将所得镁合金型材进行250℃,15h的时效处理，得到高速挤压的高强度变形镁合金。上述3个实施例制得的产品的镁合金的性能参数如下：镁合金状态屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)延伸率(％)实施例1挤压态20828311.0实施例2挤压态23130210.7实施例3挤压态26933112.1与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明采用了少量多元的设计思路，其中Zn的添加可以减小挤压过程中的突破压力，与传统的镁合金强化元素Al相比，Zn的添加量可以比Al少10％-30％而达到相同的强度；辅以适量的Sn可以通过简单的合金化手法形成大量的高熔点第二相，此种方法可以有效的提高镁合金在高挤压比下的挤压速度，从而大大降低生产成本；不仅如此，通过微量的Al、Sr、Ce、Mn的添加可以在不影响材料加工速度的前提下大大提高镁合金的耐腐蚀性能；最后加入极其微量的Be元素可以使镁合金在熔炼的过程中减少带入因燃烧带来的氧化夹渣，可以同时提高镁合金的挤压速度及耐腐蚀性，不仅如此，此元素的添加还可大大增强镁合金的阻燃性能，使其在航空航天领域内的应用成为可能；(2)本发明所制备的挤压型材的晶粒细小、均匀，平均晶粒尺寸可达2-5μm。并且通过后期的时效处理，会析出大量纳米分散的Mg-Zn强化相。由于最终型材具有均匀并且细小的晶粒，加上均匀分布的纳米级强化相，可以使最终的型材具有良好的力学性能和可加工性能；(3)本发明所制备型材由于采用了少量多元的设计思路，其在高挤压比的条件下挤压速度可高于25m/min，并且所得材料屈服强度和抗拉强度最高可达297MPa和346MPa，远高于目前最常用的AZ31和ZK60等牌号镁合金；(4)本发明的镁合金坯料制备工艺简单，现有的熔炼及挤压设备均可制备，不需额外改进，对设备要求低。并且在后期加工具有挤压速度快生产成本低等优势。最终的挤压型材具有强度高、耐腐蚀性好、阻燃性好等优点。依照本
发明内容的技术方案，调整制备过程中相应的工艺参数进行不同材料的制备，最终制备的材料，与上述实施例制备的材料基本表现出相同的性质。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。当前第1页1 2 3