一种高强高塑镁合金的制备方法

本发明涉及合金材料，特别是涉及一种高强高塑镁合金的制备方法。

背景技术：

1、镁合金具有许多优异的性能组合，如良好的铸造性、高比强度和良好的可回收性，使其在电子、汽车和航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而，由于密排六方结构，镁合金的本征强度和塑性较低，难以满足工程上的应用需求。第二相强化是提高镁合金力学性能的有效途径，其实现方式是添加额外的增强体以形成镁基复合材料或通过热处理形成沉淀相。第二相强化策略可有效提高镁合金强度，但以牺牲塑性为代价。然而，第二相强化镁合金的塑性普遍低于未强化状态，容易引发灾难性失效，极大限制了镁合金的工程化应用。第二相强化难以获得高强高塑的本质原因是第二相与镁合金基体之间存在巨大的性能差异：第二相的硬度一般是镁合金的三倍以上，导致镁合金各组分之间变形不协调，变形时在第二相/基体界面处易形成严重的应力集中，且硬度差异越大，界面处的应力集中越严重，灾难性断裂发生的时间越早，镁合金的塑性越低。

2、可见，现有技术中的第二相强化方法对镁合金的强韧化效果不佳，或在提升镁合金强度的同时以牺牲塑性为代价。因此，如何有效降低第二相和镁合金之间的硬度差异、且实现镁合金高强高塑是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高强高塑镁合金的制备方法，通过基于金属型铸造、低温半固态触变成形以及长时静置压缩工艺制备，且微米级第二相颗粒周围弥散分布纳米级沉淀相以形成“芯(第二相)-壳(沉淀相)”结构增强体的高强高塑镁合金，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种高强高塑镁合金的制备方法，步骤包括：

4、将镁合金原料混合熔化制备为镁合金铸锭；

5、将镁合金铸锭经半固态部分重熔、静置压缩即得所述高强高塑镁合金。

6、进一步的，所述镁合金铸锭通过将镁合金原料混合熔化制备得到。

7、优选的，所述镁合金原料中合金元素的占比为2～10wt.％。

8、更优选的，所述合金元素包括zn、mg、al、ag、ca和mn中的至少一种。

9、优选的，所述混合熔化的温度为700～750℃。

10、优选的，所述混合熔化在sf6和co2保护气氛下进行，其中，sf6与co2的体积比为1:99。

11、进一步的，所述半固态部分重熔的温度为580～600℃，时间为40～70min。

12、进一步的，所述镁合金铸锭在半固态重熔过程中的液相率为1～8％。

13、进一步的，所述静置压缩的温度为250～320℃，时间为10～30min，压力为100～300mpa。

14、本发明技术方案之二：提供一种由上述制备方法制得的高强高塑镁合金。

15、本发明技术方案之三：提供一种提升镁合金铸锭强度与塑性的方法，步骤包括：

16、将镁合金铸锭经半固态部分重熔、静置压缩即得所述高强高塑镁合金。

17、进一步的，所述镁合金铸锭由镁合金原料混合熔化制备得到。

18、优选的，所述镁合金原料中合金元素的占比为2～10wt.％。

19、优选的，所述合金元素包括zn、mg、al、ag、ca和mn中的至少一种。

20、优选的，所述混合熔化的温度为700～750℃。

21、优选的，所述混合熔化在sf6和co2保护气氛下进行，其中，sf6与co2的体积比为1:99。

22、进一步的，所述半固态部分重熔的温度为580～600℃，时间为40～70min。

23、进一步的，所述镁合金铸锭在半固态重熔过程中的液相率为1～8％。

24、进一步的，所述静置压缩的温度为250～320℃，时间为10～30min，压力为100～300mpa。

25、本发明公开了以下技术效果：

26、本发明对金属型铸造获得的锭料进行半固态触变成形处理，通过降低部分重熔温度以提高固相率，并促使位于铸态组织晶界处的第二相囊括进入晶粒内部；通过延长静置压缩时间，促使沉淀相在产生高密度位错的第二相周围区域析出，进而形成内部为微米级第二相、外部为纳米级沉淀相的“芯-壳”结构增强体。由于“壳”中沉淀相的硬度居于“芯”部第二相和镁基体之间，即形成第二相>沉淀相>镁基体为序的硬度递减梯度，显著缩小了第二相和周围基体间的应变差异，界面处应力集中得到有效分散，镁合金微观组织结构强化效能和韧化效能得以大幅度提升，从而达到镁合金强度与塑性协同提升的目的。

27、本发明制备的镁合金晶粒内部弥散分布大量“芯-壳”结构增强体，其中“芯”为微米级第二相，“壳”为第二相周围环绕分布的纳米级沉淀相，通过形成第二相>沉淀相>镁基体为序的硬度递减梯度，显著缩小第二相和周围基体间的应变差异，有效分散界面处应力集中，从而实现镁合金强度与塑性协同提升。

28、本发明所制备材料组织由椭球状α-mg晶粒、晶间共晶组织及晶内“芯-壳”结构增强体构成，其中“芯-壳”结构增强体弥散分布于α-mg晶粒内部，由微米级(～3μm)第二相和环绕其分布的纳米级(～80nm)沉淀相构成。由于第二相为金属间化合物，其硬度最高，沉淀相次之，镁合金基体最低，因此形成了第二相>沉淀相>镁基体为序的硬度递减梯度。“芯-壳”结构增强体变形过程中，由于“壳”层的存在，不仅可显著缩小第二相和周围基体间的应变差异，有效分散界面处应力集中，而且通过位错、孪晶、沉淀相与第二相之间的多重交互作用，有效提高镁合金的加工硬化能力，进而实现镁合金强度与塑性的协同提升。

29、本发明提供的制备方法简单，对镁合金的制备成本低，效果提升效果显著，具有广阔的工业化应用前景。

技术特征：

1.一种高强高塑镁合金的制备方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镁合金铸锭通过将镁合金原料混合熔化制备得到。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述镁合金原料中合金元素的占比为2～10wt.％。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合熔化在sf6和co2保护气氛下进行；所述混合熔化的温度为700～750℃。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述半固态部分重熔的温度为580～600℃，时间为40～70min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镁合金铸锭在半固态重熔过程中的液相率为1～8％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静置压缩的温度为250～320℃，时间为10～30min，压力为100～300mpa。

8.一种如权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的高强高塑镁合金。

9.一种提升镁合金铸锭强度与塑性的方法，其特征在于，步骤包括：

技术总结本发明属于合金材料技术领域，特别是涉及一种高强高塑镁合金的制备方法。本发明将镁合金铸锭经半固态部分重熔、静置压缩即得高强高塑镁合金。通过基于金属型铸造、低温半固态触变成形以及长时静置压缩工艺制备，且微米级第二相颗粒周围弥散分布纳米级沉淀相以形成“芯‑壳”结构增强体的高强高塑镁合金，由于“壳”中沉淀相的硬度居于“芯”部第二相和镁基体之间，即形成第二相>沉淀相>镁基体为序的硬度递减梯度，显著缩小了第二相和周围基体间的应变差异，界面处应力集中得到有效分散，镁合金微观组织结构强化效能和韧化效能得以大幅度提升，从而达到镁合金强度与塑性协同提升的目的。技术研发人员：张学拯,唐丹,贺垚,钱恒,陈体军受保护的技术使用者：兰州理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29