本發明涉及一種鎂合金，尤其涉及一種低成本和低各向異性的變形鎂合金及其制備方法。

背景技術：

鎂合金因其具有重量輕、電磁屏蔽性能優良、易于加工和回收等優點，在電子產品、手動工具、交通運輸等領域顯示了廣闊的應用潛力。mg-zn系合金是重要的一類商用鎂合金，高鋅含量的鎂合金具有較高的強度，低鋅含量的鎂合金則具有相對較好的塑性。為了滿足板材類產品成型對高塑性的要求，人們開發出了若干低鋅含量的mg-zn系合金，包括zm21(1.0~2.5wt%zn、0.5~1.5wt%mn)、ze10(1.0~1.5wt%zn、0.12~0.22wt%re)、ze20m（1.8～2.4wt%zn、0.50～0.9wt%mn、0.10～0.6wt%ce）、zc20m（1.5～2.5wt%zn、0.20～0.6wt%ce、0.30～0.6wt%cu）和zk21（2.0~2.6wt%zn、0.45~0.8wt%zr），本專利發明人也發明了一種低鋅合金，其中含有1.0～2.0wt%zn、0.1～0.8wt%er、0.10～0.60wt%zr）。這些合金具有較好的塑性和強度的配合，適應了部分使用條件下板材產品的性能需求。但是，作為板材類產品的重要性能指標—各向異性和低溫成型性能，仍無法滿足要求；而且，這些合金中除zm21外，均含有稀土元素和/或鋯元素，增加了合金成本，也成為制約合金應用的一個重要因素。

技術實現要素：

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種低成本低各向異性的變形鎂合金，解決各向異性、低溫成型性能和降低成本的問題，滿足板材類產品的使用需求。

本發明目的是這樣實現的：一種低成本低各向異性的變形鎂合金，其特征在于其組分的重量百分比為：鋅1.0%~1.6%、錳0.10%~0.25%、銅0.10%~0.26%，其余為鎂和不可避免的雜質。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1、本發明中添加銅，銅與鋅、鎂相互作用生成少量mg-zn-cu第二相顆粒，其尺寸在1~2μm，這些粒子可以促進熱變形過程中的動態再結晶，并抑制晶粒長大，與mg-zn-mn三元合金相比，起到了顯著細化合金動態再結晶晶粒的作用，可以有效提高材料的強度和塑性。

2、本發明中添加銅，改變了合金的熱變形行為，降低了變形后合金中基面織構的強度，有益于合金成型性能的提高。

3、本發明在mg-zn-mn三元合金基礎上添加銅，塑性、強度得到明顯提高；同時，與添加稀土元素相比，加工硬化指數僅有少量下降，因而有益于合金的均勻塑性變形，有利于板材成型。因而，與已有低鋅合金相比，合金具有良好的綜合力學性能。

4、本發明中添加銅，與添加稀土元素相比，變形在各個方向上的均勻性較好，因而降低了變形材的各向異性。

5、本發明提供的一種低成本低各向異性的變形鎂合金，不含稀土或鋯元素，與目前已經開發的板材類產品用合金相比，合金成本大大降低，更適合于規模應用。

6、本發明提供的低成本低各向異性的變形鎂合金制備方法，熔煉鑄造合金成分易于控制、燒損率低。

附圖說明

圖1（a）（b）是本發明合金和mg-zn-mn三元合金擠壓態棒材的金相顯微組織照片。

圖2是本發明合金、mg-zn-mn三元合金和mg-zn-mn-re四元合金擠壓板坯的各向異性指數。

圖3是多道次低溫軋制至開裂時本發明合金、mg-zn-mn三元合金和mg-zn-mn-re四元合金板材中裂紋的數量和總長度。

圖4是多道次低溫軋制后本發明合金（a）、mg-zn-mn三元合金（b）和mg-zn-mn-re四元合金（c）板材的表面形貌。

具體實施方式

以下結合實施例和附圖對本發明作進一步說明。

實施例1：一種低成本低各向異性的變形鎂合金，所述鎂合金中各組分的重量百分比為鋅1.6%、錳0.11%、銅0.26%，其余為鎂和不可避免的雜質。

實施例2：一種低成本低各向異性的變形鎂合金，所述鎂合金中各組分的重量百分比為鋅1.0%、錳0.25%、銅0.12%，其余為鎂和不可避免的雜質。

實施例3：一種低成本低各向異性的變形鎂合金，所述鎂合金中各組分的重量百分比為鋅1.4%、錳0.18%、銅0.18%%，其余為鎂和不可避免的雜質。

本發明的低成本低各向異性的變形鎂合金，采用以下制備工藝來制取：1）按照上述成分配制合金，原材料為高純鎂(>99.5%)、高純鋅(>99.5%)以及mg-10%mn、mg-30%cu中間合金。在電阻坩堝爐中加入工業純鎂，加熱熔煉，待鎂錠完全融化，攪拌扒渣，保溫10min。2）將爐子溫度控制在760℃，然后將純鋅和中間合金mg-cu、mg-mn依次加入坩堝內。待中間合金完全融化后，攪拌，扒渣，保溫10min。3）將爐溫降至720℃，靜置20min，然后進行澆注。4）將澆注獲得的鑄錠在450℃均勻化處理16小時，均勻化熱處理后空冷至室溫。

為了說明本發明的有益效果，用上述同樣的制備工藝制取mg-zn-mn三元合金錠和含稀土ce的mg-zn-mn-re四元合金錠，分別記為zm21和ze20，作為對比合金；并采用擠壓、軋制等變形方式，表征比較本發明合金和對比合金在擠壓棒材、擠壓板坯、軋制板材等多種變形狀態下的組織、力學性能、各向異性和成型性能。

上述各變形狀態的合金可以采用以下制備工藝來獲取：1）擠壓棒材：擠壓前將均勻化熱處理的鑄錠機加工成直徑為80mm的圓柱狀坯料，在350℃保溫1h，然后擠壓成直徑為16mm的棒材，擠壓溫度為350℃，擠壓比為1:25，擠壓后空冷至室溫。2）擠壓板坯：擠壓前將均勻化熱處理的鑄錠機加工成直徑為80mm的圓柱狀坯料，在350℃保溫1h，然后擠壓成60mm×3mm的板坯，擠壓溫度為350℃，擠壓后空冷至室溫。3）軋制板材：將步驟2獲得的擠壓板坯，軋制前在315℃保溫1h，然后進行多道次軋制，直到板材出現裂紋為止。

擠壓棒材的顯微組織形貌顯示，本發明合金中存在適量尺寸在1~2μm的mg-zn-cu第二相粒子，這些粒子可以有效促進熱變形過程中的動態再結晶、抑制晶粒長大，從而顯著細化動態再結晶晶粒，圖1（a）（b）分別是本發明合金和zm21合金擠壓態棒材的金相顯微組織照片，照片顯示本發明合金的晶粒顯著細化。晶粒細化既可以明顯提高材料的屈服強度和抗拉強度，同時又能有效改善材料的塑性。

擠壓棒材（0002）基面織構測試結果表明，zm21合金的基面織構強度為6.8，本發明合金不高于4.7；本發明合金基面織構強度降低，有益于合金成型性能的提高。室溫下力學性能測試結果表明，與zm21合金相比，本發明合金的屈服強度、抗拉強度和塑性延伸率分別由85mpa、211mpa和16.5%提高到了118mpa、236mpa和19.3%；而加工硬化指數僅比zm21的0.31略有降低，為0.26；而同樣狀態mg-zn-mn-re四元合金ze20的加工硬化指數僅為0.16，本發明合金比其高62.5%。這些數據表明，與已有低鋅合金相比，本發明合金具有良好的綜合力學性能和成型性能。

測定各合金擠壓板坯在擠壓方向（ed）、垂直擠壓方向（td）和45°方向（45°）上的屈服強度、抗拉強度和塑性延伸率，并通過公式（1）計算平面各向指數ipa：

ipa=(2xmax-xmid-xmin)/（2xmax）×100%（1）

式中，x代表屈服強度、抗拉強度和塑性延伸率等力學性能指標，max代表某個方向的最高值，min代表某個方向的最低值，mid代表某個方向的中間值。

結果繪制在圖2中。ipa值可以用來評價板坯在各個方向的力學性能差異，從而表征合金板材的各向異性。由圖2可以看出，zm21合金屈服強度和抗拉強度的ipa值最高，分別為26%、14.1%；含稀土的ze20合金的屈服強度ipa值降低了9%，抗拉強度ipa值降低了5.2%；而本發明合金ipa值明顯降低，其屈服強度ipa值為11.8%，降低了14.2%，抗拉強度ipa值僅為1.9%，降低了12.2%。比較三種合金延伸率的ipa值，可以看出，ze20合金延伸率的各向異性最嚴重，ipa值為22.4%，本發明合金ipa值最低，為14.8%。這些數據表明，與已有低鋅合金相比，本發明合金降低了變形材的各向異性，有利于合金的成型性能。

將擠壓板坯進行多道次低溫軋制，一直軋制到板材開裂為止，統計各合金板材中裂紋的數量和總長度，結果示于圖3中。圖4是多道次低溫軋制后各合金板材的表面形貌。從板材表面形貌上看，含稀土的ze20合金板材中，裂紋已擴展至中心、裂紋呈波浪形且擴展嚴重；而本發明合金和zm21合金中，僅在板材邊部出現裂紋。從各合金板材中裂紋的數量和總長度看，ze20合金中的裂紋數量為46，遠大于zm21合金中裂紋數量28，本發明合金中的裂紋數量最少，僅為10；ze20合金中的裂紋總長度為132mm，幾乎為zm21合金裂紋總長度（56mm）的2.5倍，本發明合金中的裂紋總長度最少，為22mm。這些數據表明，與已有低鋅合金相比，本發明合金的低溫成型性能得到了明顯提高。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。