本发明主要涉及镁合金
技术领域：
，特别涉及一种细化晶粒镁合金及其制备方法。
背景技术：
：镁合金由于其低密度，高比强度比刚度和易回收等优点，被誉为“21世纪绿色工程材料”，并受到广泛关注。镁合金作为最轻的金属结构材料，在航空航天，交通汽车等领域具有广阔的应用前景。其中，mg-sn合金由于其较好的抗蠕变性和析出强化效应进一步扩大了镁合金应用范围。然而，mg-sn合金中sn元素生长抑制因子较小，不利于阻碍晶粒长大，导致晶粒粗化，继而引起力学性能下降。技术实现要素：本发明目的在于提供一种改善目前mg-sn合金晶粒粗化的问题，提供一种细化晶粒镁合金及其制备方法。为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种细化晶粒镁合金，各组分及其质量百分比为锡sn0.3-0.7wt.％，稀土钇y0.1-0.5wt.％，余量为镁mg。在进一步优化的方案中，锡sn0.5wt.％，稀土钇y0.3wt.％。在此配比下更能有利于sn3y5相的形成，继而促使sn3y5相与α-mg基体间更好地匹配，更有利于热挤压过程中sn3y5作为异质形核核心，从而增加形核率，促进动态再结晶，实现晶粒细化。上述细化晶粒镁合金的制备方法，包括以下步骤：(1)配料:原料为99.9wt.％工业纯镁mg，99.99wt.％纯锡sn，以及mg-18wt.％y中间合金形式加入y，按质量百分比进行配料；(2)熔炼：钢刷打磨去除原材料表层氧化皮，将原料、坩埚及金属模具等工具在150-200℃的预热炉进行烘干。随后将纯镁锭放置井式电阻炉内坩埚中，并通入90vol.％co2和10vol.％sf6混合保护气。将电阻炉升温至720-730℃，使镁锭完全熔化，按照合金比例依次加入纯sn和mg-18y中间合金，待合金完全熔化后进行搅拌使合金元素分布均匀，再静置10-15min；(3)浇注：将电阻炉断电，捞渣，待温度降至700-710℃并进行浇注；(4)热处理：将铸造样品在400-410℃进行8-10h的均匀化热处理，并空冷至室温；(5)热挤压：在400-410℃进行热挤压，得到所述细化晶粒镁合金。进一步地，在步骤(5)中，挤压速度为3mm/min，挤压比为27。不同挤压条件下制得的镁合金抗拉强度略有区别，根据实验对比，此条件下得到的镁合金性能更强。本发明优点及有益效果：本发明从微合金化的角度出发，实现mg-sn-y合金中sn3y5相的形成，并通过热挤压变形，实现含sn3y5相的合金晶粒明显细化，细化率达到75％，同时，抗拉强度和延伸率分别提高21％和191％，达到强韧化的效果。附图说明图1为mg-0.5sn-0.3y(wt.％)合金中析出相sn3y5和基体间的界面匹配关系，图中(a)为sn3y5与α-mg基体界面处电子衍射花样，(b)为sn3y5与α-mg基体界面处hrtem高分辨图；图2为mg-0.5sn-0.3y(wt.％)合金显微组织图中(a)为铸态，(b)为挤压态；图3a为mg-0.5sn(wt.％)挤压态合金室温拉伸真实应力应变曲线图，图3b为mg-0.5sn-0.3y(wt.％)挤压态合金室温拉伸真实应力应变曲线图。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本发明做进一步详细阐述，并且本发明不限于下述实施例。实施例1：本实例中提供的细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为：锡sn含量为0.3wt.％，稀土y含量为0.1wt.％，余量为镁mg。需要说明的是，由于工艺条件的限制，合金中可能还有一些不可避免的杂质。实施例2本实施例中提供的细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为：锡sn0.4wt.％，稀土钇y0.2wt.％，余量为镁mg。实施例3本实施例中提供的细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为：锡sn0.5wt.％，稀土钇y0.2wt.％，余量为镁mg。实施例4本实施例中提供的细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为：锡sn0.5wt.％，稀土钇y0.3wt.％，余量为镁mg。实施例5本实施例中提供的细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为：锡sn0.6wt.％，稀土钇y0.3wt.％，余量为镁mg。实施例6本实施例中提供的细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为：锡sn0.6wt.％，稀土钇y0.4wt.％，余量为镁mg。实施例7本实施例中提供的细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为：锡sn0.5wt.％，稀土钇y0.4wt.％，余量为镁mg。实施例8本实施例中提供的细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为：锡sn0.5wt.％，稀土钇y0.5wt.％，余量为镁mg。对比例1本对比例中提供的细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为：锡sn0.5wt.％，余量为镁mg。对比例2本对比例中提供的细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为：稀土钇y0.3wt.％，余量为镁mg。上述各个实施例或对比例中所述的细化晶粒镁合金，具体制备方法如下：(1)配料:按质量百分比进行配料，原料为99.9wt.％工业纯镁mg，99.99wt.％纯锡sn，以及mg-18wt.％y中间合金形式加入y；(2)熔炼：钢刷打磨去除原材料表层氧化皮，在150-200℃的预热炉进行烘干。随后将纯镁锭放置井式电阻炉内坩埚中，并通入90vol.％co2和10vol.％sf6混合保护气。将电阻炉升温至720-730℃，使镁锭完全熔化，按照合金比例依次加入纯sn和mg-18y中间合金，待合金完全熔化后进行搅拌使合金元素分布均匀，再静置10-15min；(3)浇注：将电阻炉断电，捞渣，待温度降至700-710℃并进行浇注；(4)热处理：将样品在400-410℃进行8-10h的均匀化热处理；(5)热挤压：在400-410℃进行热挤压，挤压速度为3mm/min，挤压比为27，得到晶粒细化的镁合金。将各个实施例和对比例中制得的挤压合金分别进行室温拉伸测试其抗拉强度和延伸率，测试结果如表1所示。表1grainsize(μm)uts(mpa)el(％)实施例11323518.0实施例21427824.8实施例3826927.1实施例4428830.3实施例51526624.3实施例61227426.2实施例7528029.1实施例8727828.8对比例11623910.4对比例22022012由表1统计结果可见，sn含量为0.4-0.5wt.％，y含量为0.2-0.4wt.％的镁合金表现出明显的晶粒细化和较好的力学性能，这是由于当合金元素sn、y比例在该范围内促进了sn3y5相的形成，相比于mg2sn和mg24y5相，sn3y5相与α-mg基体间存在更加良好的界面匹配关系，更有利于热挤压过程中sn3y5作为异质形核核心，从而增加形核率，促进动态再结晶，实现晶粒细化，细晶强化作用使挤压合金强韧化。而过多的sn含量或y含量都使sn3y5相含量降低，这导致晶粒相对较粗和力学性能相对较差，从实验结果也可以得到验证。仅作为举例，图3a、图3b分别展示了mg-0.5sn(wt.％)、mg-0.5sn-0.3y(wt.％)挤压态合金室温拉伸真实应力应变曲线图。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种细化晶粒镁合金，其特征在于：各组分及其质量百分比为锡sn0.3-0.7wt.％，稀土钇y0.1-0.5wt.％，余量的镁mg。
2.根据权利要求1所述的一种细化晶粒镁合金，其特征在于：锡sn0.4-0.5wt.％，稀土钇y0.2-0.4wt.％。
3.根据权利要求1所述的一种细化晶粒镁合金，其特征在于：锡sn0.5wt.％，稀土y0.3wt.％。
4.制备权利要求1所述的一种细化晶粒镁合金，其特征在于：包括以下步骤：
(1)配料：原料为99.9wt.％工业纯镁mg，99.99wt.％纯锡sn，以及mg-18wt.％y中间合金，按质量百分比进行配料；
(2)熔炼：钢刷打磨去除原材料表层氧化皮，将原料、坩埚及金属模具等工具在150-200℃的预热炉进行烘干。随后将纯镁锭放置井式电阻炉内坩埚中，并通入90vol.％co2和10vol.％sf6混合保护气。将电阻炉升温至720-730℃，使镁锭完全熔化，按照合金比例依次加入纯sn和mg-18y中间合金，待合金完全熔化后进行搅拌使合金元素分布均匀，再静置10-15min；
(3)浇注：将电阻炉断电，捞渣，待温度降至700-710℃并进行浇注；
(4)热处理：将样品在400-410℃进行8-10h的均匀化热处理，空冷至室温；
(5)热挤压：在400-410℃进行热挤压，得到所述的细化晶粒镁合金。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，挤压速度为3mm/min，挤压比为27。
技术总结本发明涉及一种细化晶粒镁合金及其制备方法。该细化晶粒镁合金的各组分及其质量百分比为锡Sn 0.3‑0.7wt.％，稀土钇Y 0.1‑0.5wt.％，余量为Mg。制备方法包括熔炼、均匀化和热挤压。通过微合金化工艺实现在热挤压动态再结晶过程中Sn3Y5相作为异质形核核心促进晶粒明显细化，使晶粒细化至4μm，细化率达到75％，同时，抗拉强度和延伸率分别提高21％和191％，达到强韧化的效果，在低成本的前提下大大提高了镁合金力学性能。
技术研发人员：曾迎;钱晓英;万杨杰;权高峰;蒋斌
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2020.03.06
技术公布日：2020.05.19
