一種Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法，按合金成分3-5wt%Al、1-2wt%Zn、2.0-5.0%wtCu、0.35-0.8wt%RE，1.2-1.8wt%Ti，雜質(zhì)元素：Si、Fe、Cu和Ni的總量小于0.02wt%，余量為Mg，配料并澆鑄出合金；將熔煉好的Mg-Zn-Al-Cu合金鑄錠進行均勻化熱處理，刨邊去表面氧化皮后，進行熱軋將切割好的拉伸試樣進行465℃，1h的固溶處理，水淬，接著進行135℃、8h峰時效處理；對熱處理后的合金板材進行單向拉伸試驗及成形性能試驗。本發(fā)明提高了鎂合金板材的力學(xué)性能，提高了鎂合金板材的成形性能，制備出了高強度、高韌性統(tǒng)一的Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金的板材，較好的解決了目前高強鎂合金的開發(fā)和發(fā)展中強度、塑性、以及耐蝕性綜合性能仍得不到最優(yōu)匹配的問題。
【專利說明】—種Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金在航空航天、軍工、電子、機械、汽車及其它行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景，主要是由于其具備密度低、抗沖擊性能、電磁屏蔽性能優(yōu)良、比強度比剛度高、機加工性能好等特點。我國大力開發(fā)鎂合金產(chǎn)業(yè)，不但具有強大的資源優(yōu)勢，還有著巨大的市場需求。然而，近年來鎂合金替代鋁合金等材料，在各行業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展比較緩慢，主要原因是目前鎂合金還存在著以下顯著的技術(shù)缺點:
[0003](I)抗拉強度低:目前商用鎂合金抗拉強度均< 280MPa，尤其是高溫力學(xué)性能較差，當(dāng)溫度升高時，其強度和抗蠕變性能大幅度下降，限制了其在結(jié)構(gòu)、承重等領(lǐng)域的應(yīng)用；
[0004](2)韌性差:目前商用鎂合金延伸率普遍< 10%，限制了其加工成型性能。若要提高強度，則延伸率將大大下降，如強度最高的ZK61鎂合金，其強度雖然可達275-305MPa，但其延伸率僅為4-7% ；
[0005](3)化學(xué)活性高、易于氧化燃燒:在350°C將發(fā)生燃燒，難于熱加工成型；
[0006](4)抗腐蝕性差:基體在空氣中易氧化:一般在3-5天基體表面將發(fā)生氧化變灰至黑。
[0007]因此，開發(fā)鎂合金制備新技術(shù)，研制開發(fā)具有優(yōu)良綜合性能(輕質(zhì)、高強、高韌、耐熱、耐蝕)的新型鎂合金，無疑具有非常重要的工程價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種Al-Zn-Mg-Cu系超高強鎂合金板材制備方法，旨在解決傳統(tǒng)的生產(chǎn)鎂合金板材存在抗拉強度低、韌性差、化學(xué)性質(zhì)活潑、抗腐蝕性差的問題。
[0009]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法，該方法包括:
[0010]步驟一:按合金成分3-5wt%Al、l-2wt%Zn、2.0-5.0%wtCu、0.35-0.8wt%RE(Nd, Y、Sm,Gd)，1.2-1.8wt%Ti,雜質(zhì)元素:S1、Fe、Cu和Ni的總量小于0.02wt%，余量為Mg，配料并燒鑄出合金；
[0011]步驟二:將熔煉好的Mg-Zn-Al-Cu合金鑄錠進行均勻化熱處理，刨邊去表面氧化皮后，進行熱軋；熱軋過程中，每軋一道次，回爐加熱，取出下一塊進行熱軋，鑄錠初始厚度8mm,熱軋至3mm,熱軋總加工率為62.5%,退火后進行冷軋,在將3mm厚的合金板材粗軋至厚度分別為1.11mm, 1.43mm, 2mm,退火后,進行精軋至1_ ;
[0012]步驟三:將切割好的拉伸試樣進行465°C，Ih的固溶處理，水淬，接著進行135°C、8h峰時效處理；[0013]步驟四:對熱處理后的合金板材進行單向拉伸試驗及成形性能試驗。
[0014]進一步，在步驟一中，Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金的熔煉工藝為:將純鎂、鋁、鋅、銅、中間合金Mg-RE和Al-Ti先預(yù)熱至100-180°C，然后將純鎂、鋁錠、鋅錠、銅錠置于C02和Ar混合氣體保護的熔爐中熔化；熔化后在650-760°C保溫25-45分鐘，再升溫至760-840°C加入Mg-RE、Al-Ti中間合金，待Mg-RE、Al-Ti中間合金熔化后將鎂液升溫至770-860°C保溫30-50分鐘；再降溫至650_800°C，靜置10-20分鐘后進行澆鑄，澆鑄用鋼制模具預(yù)先加熱至150-30(TC，制得鎂合金鑄錠。
[0015]進一步，在步驟二中，熱軋的開軋溫度400°C，終軋溫度350°C。
[0016]進一步，在步驟二中，依次按照不同成品冷軋總加工率為10%，30%，50%三種方案將三種板材加工至厚度為1_，后經(jīng)過電火花線切割成拉伸試樣。
[0017]進一步，在步驟四中，成形性能試驗包括錐杯試驗和彎曲試驗。
[0018]進一步，鎂合金中稀土元素的加比例為30%Nd、60%Y、10%Sm或30%Nd、50%Y、20%Gd。
[0019]本發(fā)明提供的Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材及其制備方法，采用135°C、8h峰值時效，當(dāng)成品冷軋總加工率為30%時，提高了鎂合金板材的力學(xué)性能，極限抗拉強度σ b=455.3MPa，屈服強度σ s=349.4MPa，延伸率為δ =6.3% ;成品冷軋總加工率為10%，提高了鎂合金板材的成形性能，錐杯值CCV=50.1，最小相對彎徑Rmin/t=3.2。通過均勻化處理提高材料強度韌性，通過固溶強化、彌散強化提高材料強度的強化作用和疲勞極限，使該鎂合金具有更優(yōu)異的強度、延伸率和硬度等力學(xué)性能，較好的解決了目前高強鎂合金的開發(fā)和發(fā)展中強度、塑性、以及耐蝕性綜合性能仍得不到最優(yōu)匹配的問題，極大的促進了鎂合金的發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明提供的Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法的流程圖?！揪唧w實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]圖1是本發(fā)明提供的一種Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法的流程圖。為了便于說明，僅僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。
[0023]本發(fā)明提供的一種Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法，該方法包括:
[0024]SlOl:按合金成分 3-5wt%Al、l-2wt%Zn、2.0-5.0%wtCu、0.35-0.8wt%RE (Nd、Y、Sm、Gd)，1.2-1.8wt%Ti,雜質(zhì)元素:S1、Fe、Cu和Ni的總量小于0.02wt%，余量為Mg，配料并澆
鑄出合金；
[0025]S102:將熔煉好的Al-Zn-Mg-Cu合金鑄錠進行均勻化處理，刨邊去表面氧化皮后，進行熱軋；
[0026]S103:將切割好的拉伸試樣進行465°C，Ih的固溶處理，水淬，接著進行135°C、8h峰時效處理；
[0027]S104:對切割成拉伸試樣的合金板材進行單向拉伸試驗及成形性能。[0028]在步驟SlOl中，Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金的熔煉工藝為:將純鎂、鋁、鋅、銅、中間合金Mg-RE和Al-Ti先預(yù)熱至100-180°C，然后將純鎂、鋁錠、鋅錠、銅錠置于CO2和Ar混合氣體保護的熔爐中熔化；熔化后在650-760°C保溫25-45分鐘，再升溫至760-840°C加入Mg-RE、Al-Ti中間合金，待Mg-RE、Al-Ti中間合金熔化后將鎂液升溫至770_860°C保溫30-50分鐘；再降溫至650-800°C，靜置10-20分鐘后進行澆鑄，澆鑄用鋼制模具預(yù)先加熱至150-300 0C，制得鎂合金鑄錠。
[0029]在步驟S102中，熱軋過程中，每軋一道次，回爐加熱，取出下一塊進行熱軋。，鑄錠初始厚度8mm,熱軋至3mm,熱軋總加工率為62.5%,退火后進行冷軋,在將3mm厚的合金板材粗軋至厚度分別為1.11mm，1.43mm，2mm，退火后，依次按照不同成品冷軋總加工率為10%，30%，50%三種方案將三種板材加工至厚度為1mm，熱軋的開軋溫度400°C，終軋溫度350°C，依次按照不同成品冷軋總加工率為10%，30%, 50%三種方案將三種板材加工至厚度為1mm，精軋后經(jīng)過電火花線切割成拉伸試樣。
[0030]鎂合金中稀土元素的加入比例為30%Nd、60%Y、10%Sm或30%Nd、50%Y、20%Gd。
[0031]通過以下具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明:
[0032]步驟一，按合金成分3-5wt%Al、l-2wt%Zn、2.0-5.0%wtCu、0.35-0.8wt%RE(Nd, Y、Sm,Gd)，1.2-1.8wt%Ti,雜質(zhì)元素:S1、Fe、Cu和Ni的總量小于0.02wt%，余量為Mg，配料并燒鑄出合金。
[0033]鎂合金中，以Al、Zn主要添加元素，采用Al為第一組分，因為Al密度小，且可熱處理強化，在Mg固溶體中的極限固溶度為12.7wt%，在室溫時的固溶度為2wt%，為保證合金得到良好的時效析出強化和固溶強化效果，Al的加入量選定為3-5w%;采用Zn為第二組分，Zn在Mg中最大固溶度為6.2wt%，但Zn含量超過2.5%時對防腐性能有負(fù)面影響，同時為避免合金密度增加太多，Zn含量一般控制在2wt%以下，Zn能提高應(yīng)力腐蝕的敏感性，明顯地提高鎂合金的疲勞極限。采用`RE、Ti作為微量合金化元素，通過彌散強化以提高合金的韌性和改善合金的工藝性能，銅是重要的合金元素，有一定的固溶強化和時效強化效果。
[0034]步驟二，將熔煉好的Mg-Zn-Al-Cu合金鑄錠進行均勻化處理，刨邊去表面氧化皮后，進行熱軋，熱軋開軋溫度400°C，終軋溫度350°C，熱軋過程中，每軋一道次，回爐加熱，取出下一塊進行熱軋。鑄錠初始厚度8mm，熱軋至3mm，熱軋總加工率為62.5% ;熱軋工藝參數(shù)見表1 ;
[0035]表1熱軋工藝參數(shù)
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法,其特征在于,該方法包括: 步驟一:按合金成分 3-5wt%Al、l-2wt%Zn、2.0-5.0%wtCu、0.35-0.8wt%RE(Nd, Y、Sm、Gd)，1.2-1.8wt%Ti,雜質(zhì)元素:S1、Fe、Cu和Ni的總量小于0.02wt%，余量為Mg，配料并澆鑄出合金； 步驟二:將熔煉好的Mg-Zn-Al-Cu合金鑄錠進行均勻化熱處理，刨邊去表面氧化皮后，進行熱軋；熱軋過程中，每軋一道次，回爐加熱，取出下一塊進行熱軋，鑄錠初始厚度8mm，熱軋至3mm,熱軋總加工率為62.5%,完全退火后進行冷軋,在將3mm厚的合金板材粗軋至厚度分別為1.11_，1.43mm, 2mm的鑄錠,退火后,進行精軋至Imm; 步驟三:將切割好的拉伸試樣進行465°C，Ih的固溶處理，水淬，接著進行135°C、8h峰時效處理； 步驟四:對熱處理后的合金板材進行單向拉伸試驗及成形性能試驗。
2.如權(quán)利要求1所述的Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法，其特征在于，在步驟一中，Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金的熔煉工藝為:將純鎂、鋁、鋅、銅、中間合金Mg-RE和Al-Ti先預(yù)熱至100-180°C，然后將純鎂、鋁錠、鋅錠、銅錠置于CO2和Ar混合氣體保護的熔爐中熔化；熔化后在650-760°C保溫25-45分鐘，再升溫至760_840°C加入Mg-RE、Al-Ti中間合金，待Mg-RE、A1-Ti中間合金熔化后將鎂液升溫至770-860°C保溫30-50分鐘；再降溫至650-800°C，靜置10-20分鐘后進行澆鑄，澆鑄用鋼制模具預(yù)先加熱至150-300°C，制得鎂合金鑄錠。
3.如權(quán)利要求1所述 的Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法，其特征在于，在步驟二中，熱軋的開軋溫度400°C，終軋溫度350°C。
4.如權(quán)利要求1所述的Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法，其特征在于，在步驟二中，精軋依次按照不同成品冷軋總加工率為10%，30%, 50%三種方案將三種板材加工至厚度為1mm，后經(jīng)過電火花線切割成拉伸試樣。
5.如權(quán)利要求1所述的Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法，其特征在于，在步驟四中，成形性能試驗包括錐杯試驗和彎曲試驗。
6.如權(quán)利要求1所述的Mg-Zn-Al-Cu系超高強鎂合金板材制備方法，其特征在于，鎂合金中稀土元素的加入比例為30%Nd、60%Y、10%Sm或30%Nd、50%Y、20%Gd。
【文檔編號】C22C1/03GK103774070SQ201410029415
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】韓寶軍, 何瓊, 彭光懷, 方玲, 張小聯(lián) 申請人:贛南師范學(xué)院