CN101713034A - 细化la141镁锂合金晶粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细化LA141镁锂合金晶粒的方法，在冶炼过程中采用添加Al-5Ti-1B中间合金细化LA141镁锂合金的晶粒，所得的LA141镁锂合金铸态组织比较细小，同时具有良好的强度和塑性，后续加工性能良好的性能。

Description

细化LA141镁锂合金晶粒的方法

技术领域

本发明涉及的是一种细化晶粒的方法，特别涉及一种添加Al-5Ti-1B中间合金细化镁锂合金晶粒的方法。

背景技术

随着交通运输工具降低能耗和环境保护要求的增强，以及电子工业和宇航技术的发展，开发低密度、高强度的金属结构材料十分迫切。Mg-Li合金是目前最轻的金属结构材料，是发展超轻高强度合金最具潜力的合金系之一，近年来成为国内外研究的焦点。Mg-Li合金不仅具有高比强度、高冲击韧性、良好切削加工性，还具有良好的磁屏蔽、减震性能及抗高能粒子穿透能力，因此受到了宇航、兵器、电子等领域广泛重视。

LA141是目前国内外应用最为广泛的Mg-Li-Al系合金牌号之一。Al是Mg-Li合金中最常见的合金化元素，可以使基体合金产生固溶强化和时效强化，Mg-Li合金力学性能的稳定性得到了改善。Mg-Li-Al系合金组织中存在高度发达的孪晶和棱面滑移，所以合金的塑性非常高。随着Al含量的提高，合金的强度和硬度都相应的增高，但是Al和Li的含量都不能过大，当其含量超过一定值的时候，由于大量粗大的LiAl相沿晶界析出而引起晶间脆性，强度下降。

但是由于Mg-Li合金的强度较低，铸态组织粗大，制约了Mg-Li合金的发展。为了提高Mg-Li合金的强度，扩大其应用范围，国内外学者对其进行了大量的研究，采用的方法主要有多元合金化、复合材料强化和塑性加工等。通过这些手段，可以使镁锂合金的强度超过250Mpa，但导致合金的延伸率大幅度降低，使合金的后续加工性能恶化。因此，多元合金化以及复合材料强化在很大程度上是以大幅度牺牲塑性为代价来提高镁锂合金的强度，而优异的塑性正是镁锂合金的显著特点。快速凝固-粉末冶金可显著细化晶粒，提高塑性和强度，但成本太高，工业化推广价值不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种细化LA141镁锂合金晶粒的方法。所述方法在冶炼过程中采用添加Al-5Ti-1B中间合金细化LA141镁锂合金的晶粒，所得的LA141镁锂合金铸态组织比较细小，同时具有良好的强度和塑性，后续加工性能良好的性能。

本发明的技术方案是：细化LA141镁锂合金晶粒的方法，有以下步骤：

1)LA141镁锂合金的质量百分含量为Li：11-15％；Al：1.0-3.0％；Al-5Ti-1B：0.5-2.0％；剩余部分为镁，按照所述配比取原料；

2)将上述配比的原料放入坩埚炉中

3)将坩埚炉内抽至真空状态，再通入氩气，使坩埚炉内气压超过大气压90～110Pa；

4)开始熔炼，待合金完全熔化后，在700℃保温静置15分钟；

5)坩埚取出，即得到细化的铸态LA141镁锂合金合金。

步骤1)所述LA141镁锂合金各组分的质量百分含量为：Li：14.0％；Al：1.0％；Al-5Ti-1B：1.25％；剩余部分为Mg。

步骤1)所述镁、锂、铝、Al-5Ti-1B的质量百分含量均≥99.95％。

所述Al-5Ti-1B合金中各组分的质量百分含量为：Ti：5％；B：1％；其余部分为Al。

步骤2)所述坩埚为不锈钢坩埚或刚玉坩埚。

在LA141镁锂合金是β(Li)单相合金，本发明中，Al-5Ti-1B中间合金中含有Al₃Ti和TiB₂等金属间化合物，这些金属间化合物与β(Li)的密排原子面间距错配度很小，具有很好的晶体学匹配关系，可以在LA141合金凝固过程中起到异质形核的作用，从而具有显著细化镁锂合金组织的作用，制备得到的铸锭显微组织比较细小均匀，后续加工性能良好。

按照国家标准，牌号为LA141是指含锂量为13.0-15.0％、含铝量为1.0-1.5％的镁锂合金，这类材料塑性较好，强度较低，铸态组织粗大。

经晶像组织分析，采用本方法制备的LA141镁锂合金，其铸态下晶粒尺寸为550μm，而普通LA141合金铸状态下的尺寸为1700μm，本发明LA141镁锂合金的晶粒明显小于普通LA141合金的晶粒。

附图说明

图1LA141合金的铸态组织；

图2LA141+1.25％Al-5Ti-1B合金的铸态组织。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的说明，应理解的是，这些实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进，都属于本发明要求保护的范围。

本发明将Al-5Ti-1B中间合金加入到镁锂合金中，所述镁锂合金由纯镁、纯锂、纯铝、Al-5Ti-1B熔炼而成，其纯度均在99.95％以上。熔炼在真空氩气感应熔炼炉中进行，将上述各种组分按照Li：14.0％；Al：1.0％；Al-5Ti-1B：1.25％；剩余部分为Mg的配比放入坩埚中，坩埚采用不锈钢坩埚或刚玉坩埚。熔炼前将炉内抽至真空状态，再通入氩气，使炉内气压超过大气压90～110Pa，防止空气倒流。在真空及充氩气条件下熔炼是为了防止熔体氧化燃烧，并提高熔体质量。熔炼，待合金完全熔化后，700℃保温静置15分钟，将坩埚取出，得到铸态合金。整过熔炼过程在氩气的保护下，直到合金完全凝固。

用上述配方及熔炼方法，即可得到本发明所述的添加Al-5Ti-1B的镁锂合金材料，其中Al-5Ti-1B中间合金为普通商用中间合金。

实施例1：

采用下述配方(质量百分比)Mg：83.95％；Li：14.0％；Al：1.25％；Al-5Ti-1B：0.50％；其中Mn、Fe、Si、Ni、Cu、Na小于0.30％，熔炼在真空感应熔炼炉中进行，将上述各种组分放入不锈钢坩埚中。熔炼之前先将炉内抽至真空状态，再通入氩气，然后开始熔炼，待合金完全熔化后，700℃保温静置15分钟，待合金完全凝固后，将坩埚取出，得到铸态合金。整个熔炼过程均处于氩气保护状态下。

利用截线法对所得镁锂合金的晶粒尺寸进行测量，得到其平均晶粒尺寸为800μm。

实施例2：

采用下述配方(质量百分比)Mg：83.45％；Li：14.0％；Al：1.25％；Al-5Ti-1B：1.0％；Mn、Fe、Si、Ni、Cu、Na小于0.30％，熔炼在真空感应熔炼炉中进行，将各种组分放入不锈钢坩埚中。熔炼之前先将炉内抽至真空状态，再通入氩气，然后开始熔炼，待合金完全熔化后，700℃保温静置15分钟，待合金完全凝固后，将坩埚取出，得到铸态合金。整个熔炼过程均处于氩气保护状态下。

利用截线法对所得镁锂合金的晶粒尺寸进行测量，得到其平均晶粒尺寸为750μm。

实施例3：

采用下述配方(质量百分比)Mg：83.20％；Li：14.0％；Al：1.25％；Al-5Ti-1B：1.25％；Mn、Fe、Si、Ni、Cu、Na小于0.30％，熔炼在真空感应熔炼炉中进行，将上述各种组分放入不锈钢坩埚中。熔炼之前先将炉内抽至真空状态，再通入氩气，然后开始熔炼，待合金完全熔化后，700℃保温静置15分钟，待合金完全凝固后，将坩埚取出，得到铸态合金。整个熔炼过程均处于氩气保护状态下。

利用截线法对所得镁锂合金的晶粒尺寸进行测量，得到其平均晶粒尺寸为550μm。

实施例4：

采用下述配方(质量百分比)Mg：82.95％；Li：14.0％；Al：1.25％；Al-5Ti-1B：1.5％；Mn、Fe、Si、Ni、Cu、Na小于0.30％，熔炼在真空感应熔炼炉中进行，将上述各种组分放入不锈钢坩埚中。熔炼之前先将炉内抽至真空状态，再通入氩气，然后开始熔炼，待合金完全熔化后，700℃保温静置15分钟，待合金完全凝固后，将坩埚取出，得到铸态合金。整个熔炼过程均处于氩气保护状态下。

利用截线法对所得镁锂合金的晶粒尺寸进行测量，得到其平均晶粒尺寸为600μm。

采用本方法制备的LA141镁锂合金，其铸态下晶粒尺寸为550μm(如图2)，显著低于同为铸状态下的普通LA141合金(1700μm)，如图1所示。

普通LA141合金的抗拉强度为100MPa，本方法制备的LA141镁锂合金抗拉强度为150MPa，提高了50MPa。

Claims (4)

1.一种细化LA141镁锂合金晶粒的方法，其特征在于有以下步骤：

1)LA141镁锂合金的质量百分含量为Li：11-15％；Al：1.0-3.0％；Al-5Ti-1B：0.5-2.0％；剩余部分为镁，按照所述配比取原料；

2)将上述配比的原料放入坩埚炉中；

3)将坩埚炉内抽至真空状态，再通入氩气，使坩埚炉内气压超过大气压为90～110Pa；

4)开始熔炼，待合金完全熔化后，在700℃保温静置15分钟；

5)坩埚取出，即得到细化的铸态LA141镁锂合金合金。

2.根据权利要求1所述的细化LA141镁锂合金晶粒的方法，其特征在于步骤1)所述LA141镁锂合金各组分的质量百分含量为：:Li：14.0％；Al：1.0％；Al-5Ti-1B：1.25％；剩余部分为Mg。

3.根据权利要求1所述的细化LA141镁锂合金晶粒的方法，其特征在于：步骤1)所述镁、锂、铝、Al-5Ti-1B的质量百分含量均≥99.95％。

4.根据权利要求1-3任一所述的细化LA141镁锂合金晶粒的方法，其特征在于：步骤1)所述Al-5Ti-1B合金中各组分的质量百分含量为：Ti：5％；B：1％；其余部分为Al。

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