一种高强度可轧制镁合金及其制备方法

本发明涉及一种高强度可轧制镁合金及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术：

1、镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有比刚度和比强度高、抗电磁屏蔽能力和抗振能力强、机加工性能优良和减震性好等优点。因此被广泛应用于航天航空，汽车及3c产品中。由于镁合金为密排结构，所以室温成形性能较差。目前az系合金是应用最多的商用镁合金系列之一，这是因为az31和az61等少量镁合金能够通过轧制成形加工，但这两种镁合金强度较低，az91镁合金强度较高，目前应用很广的铸造镁合金az91抗拉强度最高达到280mpa，强度最高的美国标准牌号铸造镁合金zk61抗拉强度最高也只能达到310mpa。az91镁合金不仅强度较高，还具有较好耐腐蚀性能。az系列合金主要由α-mg基体和β-mg17al12相构成，合金中的β-mg17al12相在380℃以下析出，但由于az91含铝量较高，β-mg17al12相分布由颗粒弥散状向非连续网状分布转变，这导致材料的塑性变差。

2、稀土元素能够改善镁合金性能。刘亮等人[文献1：特种铸造及有色合金，2018,38(12):1374～1378]在az91合金中添加0.5～1.0wt.％的ce元素，发现ce的添加能提升晶粒形核效率并抑制其长大，从而达到细化晶粒的效果。

3、胡勇等人[文献2：材料热处理学报，2014,35(4):121～126]将ce添加至az91镁合金中，结果形成细小的a14ce相，由此提高镁合金的耐磨性能、力学性能和腐蚀性。

4、董艺漩[文献3：山东科技大学硕士论文，2020]研究了ce对压铸az91镁合金微观组织及力学性能的影响。

5、吴安如[文献4：特种铸造及有色合金，2019，vol.39，no.3，247～251]研究稀土ce对铸态az91镁合金晶粒大小、枝晶间化合物分布的影响，发现0.2wt.％的ce能细化az91合金的晶粒尺寸，提高az91挤压板材的时效硬化速率，但0.5wt.％ce则使az91挤压板材的时效硬化速率降低。

6、在az系列合金中添加少量的碱土元素ca，能改善合金的显微组织，提高其力学性能和成形性能。feng等人[文献5：rare metal materials and engineering,2015,44(001):41～47]发现ca的加入可以改善镁合金的高温性能，还能有效防止镁合金在熔化过程中的着火和氧化，其形成的a12ca相使得β-mg17al12相尺寸显著下降，改善az91d镁合金微观组织。

7、肖然[文献6：上海交通大学硕士学位论文，2020]研究了ca对az91-ce镁合金流变挤压铸造微观组织与力学性能的影响，通过重力铸造、压铸造和流变挤压铸造az91-1ce-xca(x＝0,1.0,2.0,3.0wt％)。采用挤压方法开展az91-xce(x＝0,0.2,0.5,0.7,1.0wt％)镁合金。其中，9.0％al，1％zn，0.3％mn的研究。

8、聂中奎[文献7：重庆大学硕士学位论文，2022]研究了0、0.4、0.8和1.2wt.％ca含量和0.4wt.％ce对az91镁合金组织和性能的影响分析了ca对铸态、不同冷速铸态和挤压态az91-0.4ce-xca合金组织与性能的影响规律。

9、杨帆[文献8:东北大学博士论文，2018.]研究了y和ca对az91镁合金高温氧化性的影响，发现1.5wt％ca合金组织细化效果最明显，而当ca含量2.0wt.％时，组织被粗化。

10、chen等人[文献9：effects of the addition of ca and sb on themicrostructure and mechanical properties of az91 magnesium[j].materialsscience and engineering:a,2013,587(10):262-267.]研究ca和sb对az91镁合金的微观组织和机械性能的影响，发现超过1.0wt.％ca加入az91镁合金，使其力学性能变差，还会使合金的热撕裂现象严重

11、从已有的专利和文献分析可见，目前针对高强度耐腐蚀镁合金的塑性改善，主要制备方法都是选用工业用镁合金az91铸锭为母合金，将母合金铸锭预热至一定温度范围后，加入稀土元素、ca元素等进行改良，并且这些改良后的az91镁合金主要注重于铸造和挤压镁合金研究开发，轧制研究较少，但铸造和挤压的镁合金，因所含合金元素种类和数量、工艺参数设定、模具设计等因素，会出现挤压变形特有的在截面上变形分布不均匀的特点，即热挤压合金微观组织通常是非均匀的。因此这导致az91应用具有较大的局限性。其次，研究发现镁合金中添加mn对抗拉强度几乎没有作用，但却对塑性有影响。即采用az91做母合金，通过加入稀土元素、ca等其他元素等进行改良az91镁合金，是无法实现高强度良好塑性的镁合金的目的。因此，需要根据al、zn|、ca、稀土元素的特点，通过配比一种新的镁合金成分，以达到可适合轧制的新的高强度镁合金目标。

技术实现思路

1、本发明目的在于针对现有az91镁合金轧制性能较差，提供一种含ca,ce和la的高强度可轧制镁合金及其制备方法。使用本发明制造出的镁合金，具有较高的室温强度，且易于铸造和轧制成形。本发明的特点:①通过向合金中添加少量的合金元素ca和微量的稀土元素ce、la来提高合金的室温塑性，在不明显增加合金成本的前提下，达到了强化的目的。金属元素ca具有阻燃和细化合金组织、还可以提高合金高温性能。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高强度可轧制镁合金，该镁合金的质量百分组成为a1:8.5～9.5％,zn：0.60～1.5％,ca：0.15～0.3％,ce：0.01～0.3％，la：0.001～0.008％，杂质元素si<0.02％,fe<0.05％,cu<0.003％，余量为mg。

3、一种高强度可轧制镁合金的制备方法，选用工业用纯mg锭或纯mg粉与mgal、mgzn、mgce、mgla和mgca中间合金先按镁合金的质量百分组成配料，混合放入炉内，在co2+sf6保护气体下加热熔化，熔炼温度升至710℃以上，在710～780℃之间使镁合金配料完全融化，将熔液搅拌混合均匀，静置30分钟，然后降温至680～700℃，扒去表面浮渣，进行浇铸。

4、首先将镁合金铸锭表面刨削干净，去除熔炼疤痕，然后将刨削干净的铸锭送入加热炉中，加热温度380～450℃之间，保温至铸锭内外温度一致后送入镁合金热轧机进行多道次轧制板材，总压下率为80～90％，对轧板进行退火，退火温度为320～360℃，保温30～60分钟时间。

5、该镁合金的室温抗拉强度为290～310mpa，屈服强度为180～210mpa，伸长率为10～17％。

6、本发明的有益效果是:

7、本发明的镁合金室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为290～310mpa，180～2100mpa,10～17％。在相同的工艺条件下，本发明的镁合金比az91合金的室温强韧性指标(抗拉强度230mpa、屈服强度140mpa、伸长率3％)有所提高。

8、使用本发明制造出的镁合金，具有较高的室温强度，且易于铸造和轧制成形。本发明的特点:①通过向合金中添加少量的合金元素ca和微量的稀土元素ce、la来提高合金的室温塑性性，在不明显增加合金成本的前提下，达到了强化的目的。金属元素ca具有阻燃和细化合金组织、还可以提高合金高温性能。稀土元素ce和la能够改善镁合金的塑性加工性能，并且价格便宜。其次，本合金熔炼和轧制工艺简单，易于实现工业化生产。