專利名稱：一種低變形抗力變形鎂合金及其制備方法
技術領域：
本發明屬于有色金屬合金技術領域，涉及一種低變形抗力變形鎂合金及其制備方法。
背景技術：
鎂合金是目前可用的最輕質的金屬結構材料，具有比強度、比剛度高，減振性、電磁屏蔽和抗輻射能力強，易切削加工，易回收等一系列優點，被譽為“21世紀商用綠色環保和生態金屬結構材料”。在航空航天、武器裝備、汽車、3C產品等高新技術領域有著廣泛的應用前景。隨著近年來國際能源的日趨緊張以及環境保護問題，對結構材料輕量化要求日益迫切，更是極大地刺激了鎂合金的發展。由于鎂為六方密堆積晶體結構，鎂合金塑性變形能力較差，因此鎂合金產品大部分使用鑄造工藝來實現。目前的鎂合金產品以鑄件，特別是壓鑄件居多。但是，與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金具有更高的強韌性，并能獲得更多樣化的尺寸規格。因此，未來鎂合金的主要發展之一，就是致力于開發應用具有優良塑性變形性能和使用性能的變形鎂合金產品。在所有的鎂合金塑性變形方式中，擠壓變形能夠最大限度發揮材料塑性。并且，擠壓可獲得棒、管、型材等多種鎂合金變形材產品，在建筑、交通工具、航空工業等領域具有廣闊的應用前景。因此擠壓變形是獲得鎂合金變形材的主要手段。但由于鎂合金固有的密排六方晶體結構問題，即便是采用擠壓變形，塑性變形能力仍然較差。具體表現在擠壓速率低(只有鋁合金擠壓速率的四分之一，否則，擠壓產品出現橫裂)，大尺寸、形狀復雜的薄壁擠壓型材所需的擠壓力太大造成擠壓加工困難。目前，隨著高速列車、軌道交通和航天工業的發展及其對輕量化迫切要求，對高性能(主要是高強度)、大規格、形狀復雜的薄壁鎂合金擠壓型材需求日益迫切。因此，開發一種低變形抗力(減小擠壓力)、變形后具有高的室溫強度的新型變形鎂合金具有重要意義。目前所用的變形鎂合金主要有Mg-Al系、Mg-Zn-Zr系、Mg-Li和Mg-Mn系。其中Mg-Zn-Zr和Mg-Li系成本高、制備比較困難，Mg-Mn系強度較低。Mg-Al系強度中等，成本較低，制備工藝較成熟，并且具有較好的可焊性和耐蝕性，因此是目前應用較廣泛的變形鎂合金系列。在Mg-Al系合金中還含有少量的鋅和錳。其中AZ61合金(含鋁6%左右)具有較好的強度與塑性配合，應用前景較好。若能在AZ61變形鎂合金的基礎上，進行多元素微合金化，在提高變形材室溫強度的同時，通過改變塑性變形機制，降低熱加工變形抗力，無疑對解決目前鎂合金大尺寸、薄壁、復雜形狀型材制備中存在的，由于所需擠壓力太大造成擠壓困難和擠壓材強度不足的問題具有重要意義。發明人所在課題組曾經對“Mn和RE對AZ61變形鎂合金組織和性能的影響”進行了研究(萬元元，Mn和RE對AZ61變形鎂合金組織和性能的影響[D]，鄭州大學，2011年)。結果表明，在錳含量為O. 7312%、稀土含量為O. 39%時具有較低的變形抗力，但合金的強度較低；隨著“Mn/RE”比的降低，強度有所提高，但變形抗力隨之增加。課題組在此碩士論文的基礎上進行的進一步研究表明，鋁-錳相和稀土相的形態與分布對合金的變形抗力和室溫強度具有顯著影響。所以，在前期研究基礎上，采取措施，在進一步降低合金變形抗力的同時，使變形材具有更高的室溫強度具有重要的研究和實際價值。

發明內容
本發明的目的是提供一種變形抗力低和型材室溫強度高的變形鎂合金及其制備方法。為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下
一種低變形抗力變形鎂合金，在AZ61鎂合金的基礎上，以重量百分比計，其合金元素中 Mn (錳)提高至 O. 65-1. 2%，同時添加 RE (稀土) O. 4-1.0%、Bi (鉍)O. 2-1. 0%。優選地,RE為Ce (鋪)或富鋪混合稀土。所述富鋪混合稀土中鋪含量大于60wt%。制備方法，步驟如下
①按合金元素的重量百分比組成備料純鎂錠、純招錠、純鋅錠、無水MnCl2、純鋪或富鈰混合稀土、純鉍錠；(以上純度均指工業純)
②將鑄鋼坩堝加熱至暗紅，在坩堝內壁及底部均勻地撒上覆蓋劑，加入經預熱的純鎂錠、純鋁錠，并在其上均勻地撒上覆蓋劑，溫度升至700-740°C ；
③待爐料全部融化后加入預熱后的純鋅錠；
④待純鋅錠全部融化后，加入預熱后的無水MnCl2，加料時用氬氣攪拌；待爐料熔化后，靜置，再用氬氣攪拌至合金成分均勻；
⑤升溫至760-780°C，加入預熱后的純鈰或富鈰混合稀土和純鉍錠，保溫后，人工撈底攪拌，再用氬氣攪拌至合金成分均勻，靜置后，清除鍋底和表面的氧化渣；
⑥降溫至700-720°C，靜置后，澆鑄成合金。優選地，所述覆蓋劑為JDMF。覆蓋劑的總添加量為合金元素備料總重量的2-3%。優選地，步驟④中，靜置15-30分鐘，氬氣攪拌5-10分鐘。優選地，步驟⑤中，保溫20-40分鐘，人工撈底攪拌1-3分鐘，氬氣攪拌1_2分鐘，靜置10-30分鐘。優選地，步驟⑥中，靜置15-30分鐘。步驟②、③、④、⑤中所述的預熱原料的作用在于去除水份，溫度均優選為150-200。。。為便于分析測試合金性能，可將本發明制備的合金鑄錠做以下進一步的處理型材的擠壓
對鑄錠進行均勻化處理(均勻化溫度350-420°C，時間6-24小時)，將經過均勻化處理的鎂合金坯料在360-420°C溫度下保溫1-3小時后，放入預先加熱的擠壓筒中，在臥式油壓擠壓機上擠壓成棒材。用于表征擠壓過程中的變形抗力和棒材強度。變形抗力與變形材強度測試方法
I)變形抗力的表征
利用擠壓過程中擠壓機的擠壓功率(N)、擠壓速度(V)、坯料截面積(S)、擠壓比(a )表征變形抗力(σ )。
權利要求
1.一種低變形抗力變形鎂合金，其特征在于在AZ61鎂合金的基礎上，以重量百分比計，其合金元素中Mn提高至O. 65-1. 2%，同時添加RE O. 4-1. 0%, Bi O. 2-1. 0%。
2.如權利要求I所述的低變形抗力變形鎂合金，其特征在于RE為Ce或富鈰混合稀土。
3.如權利要求2所述的低變形抗力變形鎂合金，其特征在于所述富鈰混合稀土中鈰含量大于60wt%。
4.一種制備如權利要求f 3之任意一項所述的低變形抗力變形鎂合金的方法，其特征在于步驟如下 ①按合金元素的重量百分比組成備料純鎂錠、純招錠、純鋅錠、無水MnCl2、純鋪或富鋪混合稀土、純秘錠； ②將鑄鋼坩堝加熱至暗紅，在坩堝內壁及底部均勻地撒上覆蓋劑，加入經預熱的純鎂錠、純鋁錠，并在其上均勻地撒上覆蓋劑，溫度升至700-740°C ； ③待爐料全部融化后加入預熱后的純鋅錠； ④待純鋅錠全部融化后，加入預熱后的無水MnCl2，加料時用氬氣攪拌；待爐料熔化后，靜置，再用氬氣攪拌至合金成分均勻； ⑤升溫至760-780°C，加入預熱后的純鈰或富鈰混合稀土和純鉍錠，保溫后，人工撈底攪拌，再用氬氣攪拌至合金成分均勻，靜置后，清除鍋底和表面的氧化渣； ⑥降溫至700-720°C，靜置后，澆鑄成合金。
5.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述覆蓋劑為JDMF。
6.如權利要求4或5所述的制備方法，其特征在于覆蓋劑的總添加量為合金元素備料總重量的2-3%。
7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟④中，靜置15-30分鐘，氬氣攪拌5-10分鐘。
8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于步驟⑤中，保溫20-40分鐘，人工撈底攪拌1-3分鐘，氬氣攪拌1-2分鐘，靜置10-30分鐘。
9.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于步驟⑥中，靜置15-30分鐘。
10.如權利要求9所述的制備方法，其特征在于步驟②、③、④、⑤中所述的預熱溫度均為 150-200 °C。
全文摘要
本發明屬于有色金屬合金技術領域，具體公開了一種低變形抗力變形鎂合金及其制備方法。在AZ61鎂合金的基礎上，以重量百分比計，其合金元素中Mn提高至0.65-1.2%，同時添加RE0.4-1.0%、Bi0.2-1.0%。本發明在AZ61鎂合金的基礎上，進行多元合金化，獲得的新型變形鎂合金在具有低的熱加工變形抗力的同時，得到的變形材室溫強度高。不僅對解決大型薄壁、形狀復雜的鎂合金型材擠壓由于所需的擠壓力太大導致擠壓困難的問題十分有利，而且同時提高變形材的強度。對于高性能大尺寸、薄壁、形狀復雜的鎂合金型材的制備和應用具有實際應用價值。另外，本發明制備方法，易于操作；由于價格較高的稀土元素和鉍加入量較低，合金的制備成本增加有限。
文檔編號C22C23/02GK102925775SQ20121048612
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者李慶奎, 關紹康, 屈瑞肖, 王利國, 朱世杰, 張春香, 吳立鴻, 萬元元, 劉志聃 申請人:鄭州大學