一种多元微合金化高效挤压镁合金及其制备方法

1.本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种多元微合金化高效挤压镁合金及其制备方法。


背景技术：

2.镁及镁合金具有低密度，高比强度和比刚度，良好的阻尼减震性、电磁屏蔽性和生物相容性等一系列优点，由于镁合金在实现轻量化、器件轻薄小型化、减重节能等方面的显著贡献，被视为航空航天、汽车工业、3c行业、生物医学等产品的理想结构材料。尤其在汽车领域，采用镁合金材料在减轻重量的同时，还能降低能耗。然而镁合金的应用仍不及铝合金，这主要是因为镁的晶胞为密排六方结构，对称性低，室温下滑移系少，导致现有的镁合金仍然存在一些显著的缺陷：(i)屈服强度和抗拉强度较低；(ii)延伸率低、塑性差；(iii)抗蠕变能力差等。此外，通常铸态镁合金的晶粒较为粗大，且微观组织中存在一些铸造缺陷，例如疏松和缩孔等。因此，难以直接作为重要承载受力结构材料被使用。
3.据报道，合金化和挤压是改善镁合金材料组织与性能的有效手段，是镁合金棒材、型材、管材的主要生产方式。然而，针对目前使用最广泛的商业镁-铝-锌合金体系，例如az91、az31以及az80合金，这类合金中存在大量的低熔点镁铝相。在高效挤压过程中，会产生大量的挤压热，挤压速率越高，挤压热也越多，实际挤压温度越高，导致部分热稳定性差的低熔点第二相溶解到基体中，无法起到钉扎晶界和抑制晶粒长大的作用，造成材料的微观组织明显粗化。因此，现有商业镁-铝-锌系合金在挤压变形过程中易开裂，通常通过降低挤压速率来保证成形性，这导致其挤压效率低、能耗大、生产成本高，因此亟需开发兼具高热稳定性与高强韧性的高效挤压成形镁合金。
4.现有技术中，孙金凤等人公开了一种变形镁合金，其组分的重量百分比为：al：5-7％、zn：2-3％、mn：7-9％、li：3-4％、zr：1-3％，其余为镁；上述合金的挤压速率可达20m/min，抗拉强度248-275mpa，屈服强度142-178mpa，该合金虽然可实现高速挤压成形，但是其屈服强度偏低，此外，合金中添加元素含量高达26％且含有较多贵重元素(li和zr元素)，这间接的增加了合金的熔炼难度和生产成本。现有技术中，lee等人发表的题为“extrusion limit diagram of az91-0.9ca-0.6y-0.5mm alloy and effects of extrusion parameters on its microstructure and mechanical properties”的期刊论文，在实验材料中提到，所选用的材料为mg-9al-0.8zn-0.9ca-0.6y-0.5mm，其中mm由重量百分比为75％的ce和25％的la组成。热挤压变形前，对mg-9al-0.8zn-0.9ca-0.6y-0.5mm合金进行了445℃/24h均质化处理，然而当挤压出口速率达到19.9m/min时，出现了明显的热裂现象，因此其挤压出口速率最大可以达到16.5m/min。该合金虽然实现了快挤压，但其屈服强度仅96mpa，抗拉强度仅122mpa，延伸率不足2％，无法满足实际生产对强度和塑性的需求。此外该合金元素总重量百分比较高(为11.8％)且变形前需进行长时间均质化热处理(445℃/24h)，这同样也增加了生产加工成本。
5.因此如何降低成本、简化生产工艺获得高强塑性的低合金含量镁合金是目前亟待
解决的技术难题。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术难题，本发明提供了一种多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：0.4-1.1％、锰：0.4-0.6％、钙：0.01-0.05％、添加元素0-1.6％、不可避免的杂质≤0.05％，余量为镁；所述的添加元素为锌或稀土的一种或任意组合，所述的锌：0-1.0％、稀土为铈或钕的一种或组合，所述的铈：0-0.3％、钕：0-0.3％，该合金体系合金化元素总含量≤3.4％，属于低合金体系。
7.进一步地，按照质量百分比计，所述的铝：0.5-1.0％、锰：0.45-0.55％、钙：0.02-0.04％。
8.进一步地，按照质量百分比计，所述的锌：0.4-1.0％、铈：0.01-0.2％、钕：0.01-0.2％。
9.进一步地，按照质量百分比计，所述的锌：0.45-0.8％、铈：0.05-0.2％、钕：0.05-0.2％。
10.本发明还提供了一种多元微合金化高效挤压镁合金的制备方法，它包括如下步骤：
11.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、纯锌、镁-锰、镁-铈、镁-钕、镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在100-200℃预热处理60-120min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在400-500℃保温30-60min，再升温至680-750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在720-740℃加热熔化；再加入纯锌、镁-铈或镁-钕中间合金中的一种或任意组合，在660-710℃搅拌均匀并保温10-20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化镁合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为90-99:10-1，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
12.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化镁合金熔体通过重力铸造法浇注到150-250℃的模具中获得多元微合金化镁合金铸锭；
13.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化镁合金铸锭通过挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
14.进一步地，步骤(3)所述的挤压变形处理为：挤压变形前，将合金铸锭在150-380℃预热10-30min，并将挤压模具在150-380℃进行预热。
15.进一步地，步骤(3)所述的挤压变形处理为：所述的挤压比为5-70:1，挤压出口速率为5-50m/min。
16.本发明与目前现有技术相比具有以下特点：
17.(1)本发明通过合金组分优化设计和工艺的协同作用，实现了细晶强化、第二相强化、织构改性以及晶界共偏析的协同作用，获得了多元微合金化高效挤压镁合金。本发明获得的合金添加元素含量低，合金元素质量占比≤3.4％，实现了镁合金的微合金化，显著降低生产成本。通过多元微合金化(使得合金中元素间通过相互作用)以及熔炼、重力铸造、快挤压等工艺的协同作用，省略了高温长时间均质化热处理工艺，却实现了
‘
1 1》2’的效果；还避免了析出高溶质含量和高体积分数的第二相，从而最大限度地减少了热成形所需的能
耗。
18.(2)本发明获得的合金不含低熔点共晶相，因此省略了高温长时间均质化热处理工艺，这极大地简化了加工流程，提升了加工效率，节省能耗，降低生产成本。
19.(3)本发明通过优化合金组分、熔炼、重力铸造以及高效挤压成形工艺的协同作用以实现改善合金的微观组织与力学性能，其中al、mn、zn、ca、稀土的加入起到了如下优异效果：一是很好地抑制fe、si等杂质元素的不利影响；二是生成的高熔点al-mn相，尺寸为几十至几百纳米，可以进一步抑制快挤压过程中晶粒的粗化，显著细化了晶粒尺寸，提升合金的热稳定性和抗蠕变性能；三是改变基面及非基面的层错能，从而减少不同滑移系临界剪切应力的各向异性，这有利于变形过程中非基面滑移的激活，进而改变镁合金变形模式，实现织构弱化效果；四是添加少量稀土(铈、钕)元素会形成铝-锰-稀土高熔点相，这种相的尺寸细小，只有十几纳米，并且均匀分布于基体中，因此能够抑制高效挤压过程的晶粒长大，进而改善强塑性；五是改善了熔体的流动性，起到了固溶强化和析出强化的双重强化效果；六是添加元素在晶界处产生共偏析，降低了晶界能，抑制了晶粒长大，改善了力学性能；七是微量元素的加入可以在熔炼时生成致密的薄膜进而起到阻燃的作用。
20.(4)本发明通过熔炼、铸造以及高效挤压成形等工艺的协同作用，有效的改善了铸造镁合金组织与性能，其中在高效挤压成形过程中，材料受三向压应力作用，这不仅可以抑制微裂纹的产生，还能在塑性变形过程中使材料发生动态再结晶而细化晶粒，碎化粗大的第二相，形成变形织构，并发生动态析出；另一方面，本发明的工艺可以极大地提高挤压效率，降低能耗和生产成本。另外，本发明镁合金的挤压出口速率比目前在众多商业化应用镁合金(例如az91、az31以及az80)的挤压出口速率明显提升，生产效率大幅提升，极大地降低了生产成本。
21.(5)本发明针对镁合金强度低、塑性差的技术问题，提供了一种多元微合金化高效挤压镁合金及其制备方法。通过添加微量合金元素以及熔炼、重力铸造、高效挤压成形工艺的协同作用，使得镁合金力学性能显著提升；制得的多元微合金化镁合金的屈服强度为212-222mpa，抗拉强度为275-285mpa，延伸率可达12-17％，屈服强度与元素总含量比值为86-206mpa/wt.％，是目前商业化镁合金屈服强度与元素总含量比值的3-15倍，这主要归因于成分设计以及合金加工工艺参数优化实现了细晶强化、固溶强化、第二相强化、织构改性和晶界共偏析协同作用，有利于多元微合金化高效挤压镁合金可控的产业化生产。综上：合理的合金化成分设计以及高效挤压变形等工艺的协同作用，将有助于抑制晶粒粗化以及提升合金力学性能和塑性。
具体实施方式
22.下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
23.实施例1
24.以mg-0.5al-0.5mn-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：0.5％、锰：0.5％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
25.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温
60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；在710℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为90:10，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
26.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.03ca合金铸锭；
27.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.03ca合金铸锭在380℃预热30min，并将挤压模具在380℃进行预热，随后通过挤压比为5-12:1，挤压出口速率为5-10m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
28.实施例2
29.以mg-1.0al-0.5mn-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：1.0％、锰：0.5％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
30.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；在710℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为93:7，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
31.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.03ca合金铸锭；
32.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.03ca合金铸锭在380℃预热30min，并将挤压模具在380℃进行预热，随后通过挤压比为12-20:1，挤压出口速率为10-15m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
33.步骤(3)获得挤压态mg-1.0al-0.5mn-0.03ca型材的屈服强度为213-215mpa，抗拉强度为276-277mpa，延伸率为12-13.6％，屈服强度与元素总含量比值为139-141mpa/wt.％。
34.实施例3
35.以mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：0.5％、锰：0.5％、锌：0.5％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
36.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、纯锌、镁-锰和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；再加入纯锌，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元
微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为93:7，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
37.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.03ca合金铸锭；
38.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.03ca合金铸锭在350℃预热30min，并将挤压模具在350℃进行预热，随后通过挤压比为20-30:1，挤压出口速率为15-20m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
39.步骤(3)获得挤压态mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.03ca型材的屈服强度为212-214mpa，抗拉强度为275-277mpa，延伸率为12-14.4％，屈服强度与元素总含量比值为139-140mpa/wt.％。
40.实施例4
41.以mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：1.0％、锌：0.8％、锰：0.5％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
42.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、纯锌、镁-锰和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；再加入纯锌，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为95:5，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
43.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.03ca合金铸锭；
44.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.03ca合金铸锭在320℃预热30min，并将挤压模具在320℃进行预热，随后通过挤压比为30-40:1，挤压出口速率为20-25m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
45.步骤(3)获得挤压态mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.03ca型材的屈服强度为215-217mpa，抗拉强度为276-278mpa，延伸率为13-15％，屈服强度与元素总含量比值为92-93mpa/wt.％。
46.实施例5
47.以mg-0.5al-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：0.5％、锰：0.5％、铈：0.2％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
48.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、镁-锰、镁-铈和镁-钙中间合金作为原料，
将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；再加入镁-铈中间合金，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为99:1，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
49.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金铸锭；
50.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金铸锭在380℃预热30min，并将挤压模具在380℃进行预热，随后通过挤压比为25:1，挤压出口速率为7.5m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
51.步骤(3)获得挤压态mg-0.5al-0.5mn-0.2ce-0.03ca型材的屈服强度为218mpa，抗拉强度为275mpa，延伸率为12％，屈服强度与元素总含量比值为177mpa/wt.％。
52.实施例6
53.以mg-1.0al-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：1.0％、锰：0.5％、铈：0.2％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
54.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、镁-锰、镁-铈和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；再加入镁-铈中间合金，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为95:5，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
55.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金铸锭；
56.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金铸锭在380℃预热20min，并将挤压模具在380℃进行预热，随后通过挤压比为20-30:1，挤压出口速率为15-20m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
57.步骤(3)获得挤压态mg-1.0al-0.5mn-0.2ce-0.03ca型材的屈服强度为217-219mpa，抗拉强度为277-279mpa，延伸率为12.5-13.8％，屈服强度与元素总含量比值为125-127mpa/wt.％。
58.实施例7
59.以mg-0.5al-0.5mn-0.2nd-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：0.5％、锰：0.5％、钕：0.2％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制
备方法包括如下步骤：
60.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、镁-锰、镁-钕和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；再加入镁-钕中间合金，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.2nd-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为97:3，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
61.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.2nd-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.2nd-0.03ca合金铸锭；
62.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.2nd-0.03ca合金铸锭在380℃预热10min，并将挤压模具在380℃进行预热，随后通过挤压比为5-12:1，挤压出口速率为5-10m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
63.实施例8
64.以mg-0.5al-0.5mn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：0.5％、锰：0.5％、铈：0.1％、钕：0.1％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
65.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、镁-锰、镁-铈、镁-钕和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；再加入镁-铈和镁-钕中间合金，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为97:3，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
66.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金铸锭；
67.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金铸锭在350℃预热20min，并将挤压模具在350℃进行预热，随后通过挤压比为30-40:1，挤压出口速率为20-25m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
68.实施例9
69.以mg-0.48al-0.47mn-0.48zn-0.2ce-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：0.48％、锰：0.47％、锌：0.48％、铈：0.2％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
70.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、纯锌、镁-锰、镁-铈和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在
500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；再加入纯锌和镁-铈中间合金，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-0.48al-0.47mn-0.48zn-0.2ce-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为99:1，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
71.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-0.48al-0.47mn-0.48zn-0.2ce-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-0.48al-0.47mn-0.48zn-0.2ce-0.03ca合金铸锭；
72.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-0.48al-0.47mn-0.48zn-0.2ce-0.03ca合金铸锭在320℃预热30min，并将挤压模具在320℃进行预热，随后通过挤压比为32:1，挤压出口速率为10m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
73.步骤(3)获得挤压态mg-0.48al-0.47mn-0.48zn-0.2ce-0.03ca屈服强度为222mpa，抗拉强度为285mpa，延伸率为17％，屈服强度与元素总含量比值为134mpa/wt.％。
74.实施例10
75.以mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.2nd-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：0.5％、锰：0.5％、锌：0.5％、钕：0.2％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
76.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、纯锌、镁-锰、镁-钕和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；再加入纯锌和镁-钕中间合金，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.2nd-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为98:2，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
77.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.2nd-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.2nd-0.03ca合金铸锭；
78.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.2nd-0.03ca合金铸锭在300℃预热30min，并将挤压模具在300℃进行预热，随后通过挤压比为40-50:1，挤压出口速率为25-30m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
79.实施例11
80.以mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：0.5％、锰：0.5％、锌：0.5％、铈：0.1％、钕：0.1％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
81.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、纯锌、镁-锰、镁-铈、镁-钕和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合
金，在740℃加热熔化；再加入纯锌、镁-铈和镁-钕中间合金，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为98:2，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
82.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金铸锭；
83.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-0.5al-0.5mn-0.5zn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金铸锭在250℃预热20min，并将挤压模具在250℃进行预热，随后通过挤压比为40-50:1，挤压出口速率为30-35m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
84.实施例12
85.以mg-1.0al-0.5mn-0.5zn-0.2ce-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：1.0％、锰：0.5％、锌：0.5％、铈：0.2％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
86.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、纯锌、镁-锰、镁-铈和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；再加入纯锌和镁-铈中间合金，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.5zn-0.2ce-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为99:1，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
87.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.5zn-0.2ce-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.5zn-0.2ce-0.03ca合金铸锭；
88.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.5mn-0.5zn-0.2ce-0.03ca合金铸锭在350℃预热30min，并将挤压模具在350℃进行预热，随后通过挤压比为35:1，挤压出口速率为15m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
89.步骤(3)获得挤压态mg-1.0al-0.5mn-0.5zn-0.2ce-0.03ca屈服强度为212mpa，抗拉强度为276mpa，延伸率为16％，屈服强度与元素总含量比值为95mpa/wt.％。
90.实施例13
91.以mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：1.0％、锌：0.8％、锰：0.5％、铈：0.2％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
92.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、纯锌、镁-锰、镁-铈和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在
740℃加热熔化；再加入纯锌和镁-铈中间合金，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为99:1，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
93.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金铸锭；
94.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.2ce-0.03ca合金铸锭在200℃预热20min，并将挤压模具在200℃进行预热，随后通过挤压比为50-60:1，挤压出口速率为35-45m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
95.步骤(3)获得挤压态mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.2ce-0.03ca屈服强度为218-220mpa，抗拉强度为277-280mpa，延伸率为15-17％，屈服强度与元素总含量比值为86-87mpa/wt.％。
96.实施例14
97.以mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金为例(按照质量百分比计，由如下组分组成：铝：1.0％、锌：0.8％、锰：0.5％、铈：0.1％、钕：0.1％、钙：0.03％，不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)，其制备方法包括如下步骤：
98.(1)按照合金组分配比，选用纯镁、纯铝、纯锌、镁-锰、镁-铈、镁-钕和镁-钙中间合金作为原料，将所述原料在150℃预热处理90min后，在二氧化碳和六氟化硫保护气下，将纯镁在500℃保温60min，再升温至750℃使得纯镁熔化，随后加入纯铝、镁-锰和镁-钙中间合金，在740℃加热熔化；再加入纯锌、镁-铈和镁-钕中间合金，在690℃搅拌均匀并保温20min后吹入氩气进行精炼并清渣，获得多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金熔体；所述的二氧化碳和六氟化硫体积比为99:1，所述的多元微合金化镁合金熔体能够通过亚快速凝固铸造成薄板坯或铸轧成薄板坯，所述的薄板坯经过常规短流程能够轧制成薄板；
99.(2)将步骤(1)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金熔体通过重力铸造法浇注到250℃的模具中获得多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金铸锭；
100.(3)将步骤(2)获得的多元微合金化mg-1.0al-0.8zn-0.5mn-0.1ce-0.1nd-0.03ca合金铸锭在150℃预热10min，并将挤压模具在150℃进行预热，随后通过挤压比为60-70:1，挤压出口速率为45-50m/min的挤压变形处理后空冷至室温，获得多元微合金化高效挤压镁合金，所述的合金为挤压态型材或棒材。
101.实施例5、实施例9和实施例12与现有技术对比：
102.现有技术中，公开发表的题为“热挤压和轧制工艺对ae44镁合金组织和性能的影响”的硕士论文(论文单位：西安理工大学，论文作者：艾向乐)，在实验材料中提到，所选用的材料为ae44镁合金，按照质量百分比计，由如下组分组成：al：3.99％、re(ce la)：4.34％、mn：0.36％、zn：0.02％、fe：0.002％、余量为mg。在热挤压变形前，对ae44合金进行了450℃/12h的均质化处理，随后在挤压温度400℃，挤压比为17.16:1，挤压出口速率2m/
min挤压时，室温屈服强度、抗拉强度和延伸率为191.2mpa、259.2mpa和7.2％。现有技术中，公开发表的题为“挤压速度和电磁铸造锭坯对az31镁合金板材组织和性能影响”的期刊论文(期刊名称：塑性工程学报，期刊卷号和期号：第16卷、第2期，论文发表时间：2009年4月，论文单位：东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，论文作者：艾向乐、乐启炽、崔建忠)，在实验方法中提到，对az31镁合金(按照质量百分比计，由如下组分组成：al：2.5-3.5％、zn：0.6-1.4％、mn：0.2-1.0％、不可避免的杂质≤0.05％、余量为镁)进行了410℃/18h的均质化处理，热挤压变形前，对az31镁合金进行了340℃/2h预热处理，随后在挤压温度260℃，挤压比为13:1，挤压出口速率分别为0.4m/min、1.9m/min和4.2m/min的挤压条件下进行热挤压变形，结果显示，当挤压速度较低时(0.4m/min)，板材晶粒尺寸细小，板材的表面光滑，质量较好；然而当挤压出口速率达到4.2m/min时，产品表面出现了明显麻点、起皮、起泡和裂纹等缺陷；此外如实验结果与分析中图3和图4所示，随着挤压速率的增加，合金的屈服强度、抗拉强度及延伸率均有一定程度的降低。仅仅当挤压速度为0.4m/min时，合金的屈服强度和延伸率呈现最高值，分别为210mpa、12％，但是0.4m/min的挤压速率较低，无法实现高效挤压成形，与本发明相比，上述为文献的最高屈服强度低于本发明的力学性能最低值，最高延伸率仅为本发明的最低值，此外其最高挤压速率也低于本发明保护的最低挤压速率。现有技术中，cn200810172222.6公开了一种用于高速挤压的变形镁合金，其组分的重量百分比为：al：5-7％、zn：2-3％、mn：7-9％、li：3-4％、zr：1-3％，其余为镁；上述合金的挤压速率可达20m/min，屈服强度142-178mpa，抗拉强度248-275mpa，该合金虽然可实现高速挤压成形，但与本发明相比，上述文献获得的合金的力学性能偏低，其中最高屈服强度远远小于本发明的强度，最高抗拉强度是本发明的最低值，此外，上述现有技术中的合金中含有较多价格贵重的元素(例如li和zr元素)，这也增加了合金的熔炼难度和生产成本。
103.与上述文献对比分析可知，本发明实施例5、实施例9和实施例12中，挤压出口速率可以达到7.5-15m/min，与现有技术相比，实现了高效挤压成形，而对比文献中的挤压出口速率在极低的情况下，才能实现力学性能和塑性的最高值，但现有技术在较低挤压速度条件下获得的最高力学性能和塑性也远远低于本发明的获得镁合金的力学性能和塑性，此外现有技术报道的低速挤压，在实际生产中没有实际意义。此外现有技术中的合金元素总含量较高(大于本发明合金添加量，本发明合金添加量≤3.4％)，并且现有技术公开的合金在变形前需进行长时间的高温均质化热处理(450℃/12h或410℃/18h)，因此这同样也增加了生产加工成本并且使得工艺更加复杂；而在本发明中，不仅合金元素总含量较低(≤3.4％)，实现了低成本多元微合金化镁合金的开发，且挤压变形前无需长时间均质化热处理，同时快挤压出口速率可以达到7.5-15m/min，实现了高效挤压，并且与现有技术相比，获得了显著提升的优异性能，其中屈服强度为212-222mpa，抗拉强度为275-285mpa，延伸率可达12-17％，这主要归因于微量合金元素以及熔炼、重力铸造、挤压变形工艺的协同作用，使得最终获得的合金微观结构实现了细晶强化、固溶强化、第二相强化、织构改性和晶界共偏析。
104.本发明的有益效果：
105.与现有技术相比，本发明不仅实现了多元微合金化高效挤压镁合金的制备，所制得的合金的元素总含量较低(≤3.4％)；同时还实现了高效挤压成形(挤压速度高于现有技术，节约了生产成本，并且与现有技术相比，挤压后的合金性能更加优异)，本发明在挤压变
形前无需长时间均质化热处理，获得的快挤压材料的屈服强度为212-222mpa，抗拉强度为275-285mpa，延伸率可达12-17％，屈服强度与元素总含量比值为86-206mpa/wt.％，是目前高效挤压镁合金屈服强度与元素总含量比值的3-15倍，实现了多元微合金化高效挤压镁合金的制备，这极大地提高生产效率，简化生产工艺，降低能耗和生产成本，有望实现镁合金棒材、型材更为广泛的产业化应用。
106.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，可轻易想到的变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。