一种高强度高塑性Mg-Zn-Al-Sn镁合金的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度高塑性Mg-Zn-Al-Mn镁合金，按质量计由以下组分组成：Sn：0.5％～2.0％，Zn：3.0％～6.0％，Al：1.0％～3.0％，其余为Mg；该镁合金由以下方法制得：首先按配比选取料并冶炼铸造得到合金铸锭，然后于250～350℃将铸锭挤压成为板材，最后采用双级固溶+单级时效方式进行热处理得成品。本发明的镁合金中加入锌、铝、锡，可以生成Mg2Sn、Mg32(Al/Zn)49相，改善合金的强度及塑形；本发明采用双级固溶+单级时效方式进行热处理，可以促进Mg-Zn相和Mg2Sn相的析出，通过第二相强化和固溶强化提高合金的综合力学性能。
【专利说明】-种高强度高塑性Mg-Zn-Al-Sn镁合金
【技术领域】
[0001] 本发明属于镁合金领域，涉及Mg-Zn-Al-Sn合金，特别涉及一种高强度高塑性 Mg-Zn-Al-Sn 镁合金。
【背景技术】
[0002] 镁合金具有低的密度、高的比强度和比刚度、优良的阻尼性能、良好的减震性能和 降噪性能以及防磁、屏蔽、散热、易切削加工、可以回收再利用且对环境没有污染等一系列 优良特性，是目前工业应用中最轻的金属结构材料，在汽车、电子、电器、交通、航空航天和 国防、军工领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，尤其在轻量化方面，具有难以 替代的显著优势，可以明显减轻重量、节省燃油消耗。然而，镁的晶体结构为密排六方，滑移 系少，变形主要是通过基面滑移和锥面孪生实现，塑性变形能力差，绝对强度低，大大限制 了其在结构件上的应用范围。
[0003] 商用镁合金可以分为铸造镁合金和变形镁合金。铸造镁合金晶粒粗大，成分偏析 比较严重，性能较差，不能承受复杂载荷以及体积相对较小，应用范围狭窄难以满足市场发 展应用需求。与铸造镁合金相比，变形镁合金则具有优良的综合性能，具有高的强度和塑、 韧性，更适合制作大型结构和满足结构多样化的需求。因此，研究开发新型高性能变形镁合 金就具有重要意义。
[0004] 目前，提高镁合金综合性能的主要方法是添加合金元素。常用的合金元素有Zn, Al, RE等。通过添加 Zn和A1，形成AZ系变形镁合金，该系列镁合金主要在常温下使用，综 合性能不够理想，不能满足将镁合金扩大到更广泛的工业领域的要求；通过添加稀土元素， 如ZK系，Mg-Gd-Y-Zn-Zr系，该系列镁合金具有良好的室温和高温性能，但由于该合金成本 较高，大大限制了应用范围。并且，上述镁合金体系，大部分是在棒材的情况下，综合性能较 为优良，而在板材的情况下，综合性能并不理想。然而，为满足未来市场多样化的需求，研究 开发新型变形镁合金板材就具有重要意义。
[0005] 综上所述，变形镁合金材料是一种极具发展前景的金属材料，但是现在已经开发 出来的镁合金也有一些不足之处，例如：合金体系中含有一些稀土元素，大大提高了成本。 然而，镁合金的发展方向是显著降低成本和提高综合性能，以促进镁合金的大量工业应用。 因此，发展一种低成本且具有良好综合性能的变形镁合金来促进我国镁合金大规模的生产 工业化应用具有重要意义。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强度高塑性Mg-Zn-Al-Sn镁合金。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种高强度高塑性Mg-Zn-Al-Sn镁合金，按质量计该镁合金由以下组分组成：Sn : 0· 5%?2· 0%，Ζη :3· 0%?6· 0%，A1 :1· 0%?3. 0%，其余为 Mg ;其屈服强度大于 130Mpa， 抗拉强度大于260Mpa，延伸率大于17%。
[0009] 作为本发明的优选，所述镁合金由以下步骤制得：
[0010] 1)冶炼铸造：按所述配比选取原材料并冶炼铸造得到Mg-Zn-Al-Sn合金铸锭； [0011] 2)热挤压：首先将步骤1)的铸锭于250?350°C预热1?2h，然后加入挤压机 挤压成为板材，挤压过程中挤压筒温度为250?350°C，挤压比为5:1?20:1，挤压速度为 15?25mm/s，最后空冷得到挤压板材；
[0012] 3)热处理：首先将镁合金板材在290?310°C保温4?6h，然后在330?350°C保 温24?28h，最后在150°C?230°C下时效5?50h，空冷至室温。
[0013] 作为本发明的优选，热挤压前还包括均匀化处理步骤：首先在镁合金铸锭外包覆 石墨，然后在330?340°C保温5?10h，最后在400?440°C保温15?20h后空冷。
[0014] 作为本发明的优选，步骤1)首先将纯镁、纯锌、纯铝在150?250°C下预热30? 90min，将纯锡在100?20(TC下预热30?60min ;然后在气氛保护下将工业纯镁加热到 700?720°C并依此加入预热的纯锌、纯铝及纯锡；接着升温至730?750°C保温20? 30min，并搅拌使其成分均匀化；最后静置20?30min，待降温至690?720°C后在气氛保护 下浇铸到250?350°C的模具，得到镁合金铸锭。
[0015] 本发明的有益效果在于：
[0016] 本发明的镁合金中含 Zn 3.0%?6.0%，All. 0%?3.0%，Sn 0.5%?3.0%，力口 入锌具有固溶强化和时效强化的双重强化效果，加入铝可改善合金的铸造性能，加入锡可 提高合金塑形，并与镁生成Mg 2Sn相，改善合金的高温性能，通过优化锌与铝的比例，可引入 Mg32 (AVZn)49高温强化相，提高合金的高温性能；本发明挤压后的镁合金采用双级固溶+单 级时效方式进行热处理，可以促进Mg-Zn相和Mg 2Sn相的析出，通过第二相强化和固溶强化 提高合金的综合力学性能，经过热处理后，其室温抗拉抗拉强度有望达到290MPa，其延伸率 达到27%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0018] 图1是实施例1挤压态镁合金的金相组织照片；
[0019] 图2是实施例2挤压态镁合金的金相组织照片；
[0020] 图3是实施例3挤压态镁合金的金相组织照片；
[0021] 图4是对比实施例1挤压态镁合金的金相组织照片。
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0023] 实施例1 :
[0024] 本实施例高强度高塑性Mg-Zn-Al-Sn镁合金，按质量计含Zn 4%，Al 1.5%，Sn 2%，其余为镁及不可避免的杂质；其制备方法如下：
[0025] 1、合金冶炼与铸造：首先按上述配比选择工业纯锌、工业纯铝、工业纯锡和工业纯 镁，然后将坩埚、纯镁、纯锌、纯铝在150?250°C下预热30?90min，将纯锡在100?200°C 下预热30?60min，将工业纯镁加入坩埚并加热至700?720°C使其全部熔化；然后将预 热的工业纯锌、工业纯铝及工业纯锡加入坩埚中并升温至730?750°C保温20?30min使 其完全熔化；接着搅拌合金熔液2?3min至其成份均匀后保温静置20?30min ;最后于 690?720°C，在CO2和SF6混合气体保护下浇铸至预热到250?350°C的铁模中，得到镁合 金铸锭。
[0026] 2、均匀化处理：首先利用石墨覆盖上述镁合金铸锭，然后将镁合金加热至330? 340°C保温5?10h，接着将该铸锭加热至400?440°C，保温15?20h并空冷完成均匀化。
[0027] 3、机加工：根据挤压机挤压筒的尺寸对上述均匀化的镁合金铸锭锯切、车皮至合 适尺寸。
[0028] 4、热挤压加工：首先将铸锭加热至250?350°C下预热1?2h，将挤压筒加热至 250?350°C，然后利用挤压机挤压所述镁合金铸锭；挤压过程中挤压比为10 :1，挤压速度 为15?25mm/s，挤压后空冷至室温，本步骤挤压所得镁合金板材的规格为125_X8mm。本 实施例具体的挤压参数如表1所示：
[0029] 表1各实施例主要挤压参数
[0031] 5、热处理：首先将挤压板材置于290
【权利要求】
1. 一种高强度高塑性Mg-Zn-Al-Sn镁合金，其特征在于：按质量计该镁合金由以下组 分组成：Sn :0? 5%?2. 0%，Zn :3. 0%?6. 0%，A1 :1. 0%?3. 0%，其余为Mg ;其屈服强度 大于130Mpa，抗拉强度大于260Mpa，延伸率大于17%。
2. 根据权利要求1所述高强度高塑性Mg-Zn-Al-Sn镁合金，其特征在于：所述镁合金 由以下步骤制得： 1) 冶炼铸造：按所述配比选取原材料并冶炼铸造得到Mg-Zn-Al-Sn合金铸锭； 2) 热挤压：首先将步骤1)的铸锭于250?350°C预热1?2h，然后加入挤压机挤压成 为板材，挤压过程中挤压筒温度为250?350°C，挤压比为5:1?20:1，挤压速度为15? 25mm/s，最后空冷得到挤压板材； 3) 热处理：首先将镁合金板材在290?3KTC保温4?6h，然后在330?350°C保温 24?28h，最后在150°C?230°C下时效5?50h，空冷至室温。
3. 根据权利要求2所述高强度高塑性Mg-Zn-Al-Sn镁合金，其特征在于：热挤压前还 包括均匀化处理步骤：首先在镁合金铸锭外包覆石墨，然后在330?340°C保温5?10h，最 后在400?440°C保温15?20h后空冷。
4. 根据权利要求2所述高强度高塑性Mg-Zn-Al-Sn镁合金，其特征在于：步骤1)首先 将纯镁、纯锌、纯铝在150?250°C下预热30?90min，将纯锡在100?200°C下预热30? 60min ;然后在气氛保护下将工业纯镁加热到700?720°C并依此加入预热的纯锌、纯铝及 纯锡；接着升温至730?750°C保温20?30min，并搅拌使其成分均匀化；最后静置20? 30min，待降温至690?720°C后在气氛保护下浇铸到250?350°C的模具，得到镁合金铸 锭。
【文档编号】C22F1/06GK104388786SQ201410704554
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】陈先华, 王博, 潘复生 申请人:重庆大学