一种镁合金车用防撞梁挤压型材及其制备方法与流程

本发明属于金属材料，涉及一种镁合金车用防撞梁挤压型材及其制备方法。

背景技术：

1、汽车防撞梁是用来保护车身及乘员的安全，防止汽车发生碰撞时对其它重要零部件损害，所以要求它的材质必须具有足够的高强，而且要有良好的吸能（吸收碰撞能）性能，在碰撞过程中，能够有效吸收碰撞产生的冲击力。

2、铝合金因其良好的比强度和成熟的加工工艺，在防撞梁等结构件上得到了广泛应用。然而，铝合金的密度（约2.7g/cm³）相对较高，对汽车的能源损耗有所增加。镁合金具有高强度和低密度的优秀特性，因此可以在汽车零部件上应用以实现轻量化料，同时镁合金具有良好的抗冲击性和抗弯曲性，可以增强汽车的碰撞吸收性能降低燃油消耗和提高安全性能，因此在汽车安全部件上的应用是值得关注的发展方向。但是，相比钢铁和铝合金来说，高性能镁合金通常需要使用较为昂贵的原材料，比如添加大量的重稀土元素gd、y、nd等，另外与钢铁和铝合金比较，还存在强度低、塑性差、耐腐蚀性差等的缺点限制了其广泛应用。综合以上问题，本发明提出一种镁合金车用防撞梁挤压型材及其制备方法，在现有技术的基础上做出进一步的优化。

技术实现思路

1、本发明涉及一种镁合金车用防撞梁挤压型材及其制备方法，属于金属材料技术领域。本发明公开的型材以mg-li-ca合金板材、mg-al-gd-y合金板材与mg-li-ca合金板材构成三明治组织结构，能够降低高密度金属的占比，另外以真空扩散连接方式连接界面，使ca和al扩散到界面结合成al2ca相，与al2(gd, y)两者形成软硬结合过渡区。当型材受到外力时表面的高韧性给予了缓冲并能够分散外力，而层状结构能够有效阻止高速冲击下裂纹的形核和扩展，进一步提高力学性。为此本发明所制备的镁合金车用防撞梁挤压型材具备高强度力学性能的同时质量也更轻质。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种镁合金车用防撞梁挤压型材，所述镁合金车用防撞梁挤压型材是由mg-li-ca合金板材、mg-al-gd-y合金板材与mg-li-ca合金板材构成的三明治组织结构，其中mg-li-ca合金板材的元素组成按照质量分数分别为li:4.2-6.7wt%、ca：0.39-1.03wt%，其余为mg和杂质，所述杂质的总质量≤0.3%。

4、进一步地，所述mg-al-gd-y合金板材的元素组成按照质量分数分别为al:1.18-2.72wt%、gd:8.2-9.8wt%、y:2.06-2.99wt%，其余为mg和杂质，所述杂质的总重量≤1.05%。

5、进一步地，所述mg-li-ca合金板材的制备方法为：将金属镁、金属锂和金属钙加热，熔融混合，倒入磨具中空冷至常温后得到mg-li-ca合金板材，所述加热的温度为660-700℃。

6、进一步地，所述mg-al-gd-y合金板材的制备方法为：将金属镁放于真空干燥箱中烘烤，取出放进炉中通入二氧化碳气体进行熔炼，撤走二氧化碳气体先后加入mggd、mg-y和al，搅拌熔融，经过保温后倒入模具，空冷至常温即为mg-al-gd-y合金板材，所述烘烤的温度和时间分别为150-180℃、20-40min，所述熔炼的温度和时间分别为650-730℃、20-30min，所述搅拌熔融的温度为780-850℃，所述保温的温度和时间分别为800℃、20-30min。

7、一种镁合金车用防撞梁挤压型材的制备方法，所述镁合金车用防撞梁挤压型材的制备方法，具体包括以下步骤：

8、（1）将mg-li-ca合金板材、mg-al-gd-y合金板材分别进行抛光去除氧化层，然后放进溶液中超声洗涤，即得到预处理mg-li-ca合金板材、预处理mg-al-gd-y合金板材；

9、（2）预处理mg-li-ca合金板材-预处理mg-al-gd-y合金板材-预处理mg-li-ca合金板材按照三明治结构堆叠，放进扩散连接设备的加热仓中加热施压，保温后得到层状材料；

10、（3）层状材料放进挤压机中挤压成型，随后放进淬火炉中固溶淬火，经过时效处理后即为镁合金车用防撞梁挤压型材。

11、进一步地，所述步骤（1）中溶液由体积比为1:1的丙酮和无水乙醇组成，所述超声洗涤的功率和时间分别为200-300w、10-15min，所述mg-li-ca合金板材和mg-al-gd-y合金板材的规格为50mm×50mm×1mm。

12、进一步地，所述步骤（2）扩散连接设备的提前准备工作为：抽真空至3×10-3 pa，并通入纯氩气至200pa，所述加热的温度和加热速率分别为600-700℃、10-13℃/min，所述施压的压力为12-15mpa，所述保温的温度和时间分别为600℃、2-3h，所述层状材料的层数为9或12。

13、进一步地，所述步骤（3）挤压成型的参数为：挤压比18-20:1、挤压速度1-2m/min、挤压温度320-380℃，所述固溶淬火的温度和时间分别为520-580℃、1-2h，所述时效处理的温度和时间分别为180-250℃、4-8h：

14、上述技术方案所提供的一种镁合金车用防撞梁挤压型材及其制备方法，与现有技术相比，其有益效果包括：

15、1.本发明公开的型材以mg-li-ca合金板材、mg-al-gd-y合金板材与mg-li-ca合金板材构成三明治组织结构，够降低高密度金属的占比轻化型材，也减少稀土元素的使用而降低成本；

16、以能mg-li-ca合金板材为表层，其镁锂合金具有优异的韧性，ca的加入能够细化晶粒提高一定的强度，另外以真空扩散连接方式连接界面，使ca和al扩散到界面结合成al2ca相，结合挤压、固溶淬火和时效处理工艺，进而ca在表面析出，实现表层韧性及强度双重提高的效果，同时也赋予表面防腐蚀性；al2ca相与al2(gd, y)两者形成软硬结合过渡区，加强了界面的力学性能，当型材受到外力时表面的高韧性给予了缓冲并能够分散外力，而层状结构能够有效阻止高速冲击下裂纹的形核和扩展，进一步提高力学性。为此本发明所制备的镁合金车用防撞梁挤压型材具备高强度力学性能的同时质量也更轻质。

1.一种镁合金车用防撞梁挤压型材，其特征在于，所述镁合金车用防撞梁挤压型材是由mg-li-ca合金板材、mg-al-gd-y合金板材与mg-li-ca合金板材构成的三明治组织结构，其中mg-li-ca合金板材的元素组成按照质量分数分别为li:4.2-6.7wt%、ca：0.39-1.03wt%，其余为mg和杂质，所述杂质的总质量≤0.3%。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金车用防撞梁挤压型材，其特征在于，所述mg-al-gd-y合金板材的元素组成按照质量分数分别为al:1.18-2.72wt%、gd:8.2-9.8wt%、y:2.06-2.99wt%，其余为mg和杂质，所述杂质的总重量≤1.05%。

3.根据权利要求1所述的一种镁合金车用防撞梁挤压型材，其特征在于，所述mg-li-ca合金板材的制备方法为：将金属镁、金属锂和金属钙加热，熔融混合，倒入磨具中空冷至常温后得到mg-li-ca合金板材，所述加热的温度为660-700℃。

4.根据权利要求1所述的一种镁合金车用防撞梁挤压型材，其特征在于，所述mg-al-gd-y合金板材的制备方法为：将金属镁放于真空干燥箱中烘烤，取出放进炉中通入二氧化碳气体进行熔炼，撤走二氧化碳气体先后加入mggd、mg-y和al，搅拌熔融，经过保温后倒入模具，空冷至常温即为mg-al-gd-y合金板材，所述烘烤的温度和时间分别为150-180℃、20-40min，所述熔炼的温度和时间分别为650-730℃、20-30min，所述搅拌熔融的温度为780-850℃，所述保温的温度和时间分别为800℃、20-30min。

5.一种如权利要求1所述的镁合金车用防撞梁挤压型材的制备方法，其特征在于，所述镁合金车用防撞梁挤压型材的制备方法，具体包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种镁合金车用防撞梁挤压型材的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中溶液由体积比为1:1的丙酮和无水乙醇组成，所述超声洗涤的功率和时间分别为200-300w、10-15min，所述mg-li-ca合金板材和mg-al-gd-y合金板材的规格为50mm×50mm×1mm。

7.根据权利要求5所述的一种镁合金车用防撞梁挤压型材的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）扩散连接设备的提前准备工作为：抽真空至3×10-3 pa，并通入纯氩气至200pa，所述加热的温度和加热速率分别为600-700℃、10-13℃/min，所述施压的压力为12-15mpa，所述保温的温度和时间分别为600℃、2-3h，所述层状材料的层数为9或12。

8.根据权利要求5所述的一种镁合金车用防撞梁挤压型材的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）挤压成型的参数为：挤压比18-20:1、挤压速度1-2m/min、挤压温度320-380℃，所述固溶淬火的温度和时间分别为520-580℃、1-2h，所述时效处理的温度和时间分别为180-250℃、4-8h。