CN102628132B - 一种镁锂合金低温超塑性材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种镁锂合金低温超塑性材料及其制备工艺。由以下组分按质量百分比组成：Li7-9％，Zn1-2％，Y0-1％，余量为Mg及杂质元素。本发明所涉及的低温超塑性镁锂合金材料由α相和β相组成，两相所占的体积分数分别为40-60％和60-40％。合金晶粒尺寸细小(＜10μm)均匀，且具有非平衡态晶界。这种合金在高温变形过程中，由于晶粒细小，提供了更多的晶界来协调合金的变形，从而提高材料的塑性；同时由于变形初始阶段，结晶处于非平衡状态，在高温变形时这种非平衡状态的晶界将通过滑动向平衡状态转变，晶界的滑动抑制集中颈缩的产生，提高合金的塑性，从而表现出低温超塑性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种镁锂合金材料，具体涉及一种镁锂合金低温超塑性材料。本发明也涉及一种镁锂合金材料的制备工艺。
背景技术
镁锂合金是目前最轻的金属结构材料，具有低密度，高比强度、比刚度，优良的减振性、抗冲击韧性能，以及良好的切屑加工、电磁屏蔽和可循环利用等性能，被称为二十一世纪绿色金属材料。在航空航天领域，3C产品以及汽车工业中极具应用潜力，特别是随着交通运输中节能降耗的提高和对环保的日益重视，更促进了镁锂合金这方面的应用潜力。
在镁锂合金的应用中，通常被用做制造复杂形状的结构件，这就要求镁锂合金具有良好的柔韧性，超塑性变形能够满足这一要求，然而超塑性通常发生在较高的温度或较低的应变速率下。因此，低温超塑性和高应变速率超塑性是超塑性的两个发展方向。高应变速率超塑性一般发生在较高的温度下，在较高的温度下，材料内部的组织结构将发生变化，如晶粒粗化，产生空洞等，严重影响超塑性成型零件的使用性能。因此发展低温超塑性是一个重要的方向，具有重要意义。
经过对现有技术的文献检索发现，Kawasaki等(materials science and engineering A，2006，429，P334-340)报道了一种温轧Mg-9.5Li-1Zn，这种合金平均晶粒尺寸为8μm，在200-250℃的温度范围内表现出120-170％的延伸率。此文献中，基本实现了镁锂合金材料的低温超塑性，但是延伸率还不高，只在150％左右，这还不能满足实际生产中超塑性成型的需求，另一方面，基于成本考虑，应进一步降低锂含量来降低成本。因此有必要开发一种锂含量较低且具有更大延伸率的镁锂合金材料。
低温超塑性是一种具有良好商业应用前景的超塑性，它不仅具有常规超塑性所具有的优点，如成行压力小、成形性好、设计自由度大、无残余应力等，同时低温超塑性的能源需求低，能增加常规或更便宜的模具的寿命，提高成型件的表面质量，防止晶粒的严重长大以及表面层的溶质损失，因此，产生更好成型件的机械性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种Li含量较低，综合力学性能好的镁锂合金低温超塑性材料。本发明的目的还在于提供一种能改变合金的组织从而改善材料的综合力学性能的镁锂合金低温超塑性材料得制备工艺。
本发明的镁锂合金低温超塑性材料由以下组分按质量百分比组成：Li7-9％，Zn1-2％，Y0-1％，余量为Mg及杂质元素。
本发明的镁锂合金低温超塑性材料的制备工艺为：
a)按照产物中组分的质量百分比组成为：Li7-9％，Zn1-2％，Y0-1％，余量为Mg及杂质元素的配比配备熔炼所需合金元素；
b)采用中频电磁感应炉在氩气保护下熔炼，得到铸锭，熔炼过程中采用逐渐升高功率的方法进行加热；
c)经所得铸锭在真空热处理炉中，氩气保护下，在280℃进行24小时均匀化退火，炉冷至室温；
d)将c)步骤得到的铸锭在300℃经过2道次挤压，得到3mm厚的板材，道次挤压经过中间退火，工艺为280℃，2h；
e)将步骤d)得到的3mm后的板材在280℃加热1h，经过1道次轧制，得到1mm厚的镁锂合金材料。
本发明所涉及的低温超塑性镁锂合金材料的特点是：合金由α相和β相组成，两相所占的体积分数分别为40-60％和60-40％。合金晶粒尺寸细小(＜10μm)均匀，且具有非平衡态晶界。这种合金在高温变形过程中，由于晶粒细小，提供了更多的晶界来协调合金的变形，从而提高材料的塑性；同时由于变形初始阶段，结晶处于非平衡状态，在高温变形时这种非平衡状态的晶界将通过滑动向平衡状态转变，晶界的滑动抑制集中颈缩的产生，提高合金的塑性，从而表现出低温超塑性。
本发明提供提供了一种具有较低Li含量并含有适量的Zn和稀土元素Y，并通过一定的热变形来改变合金的组织从而改善材料的综合力学性能的镁锂合金材料制备方法以及通过此种制备方法获得了低温超塑性的镁锂合金材料。
附图说明
图1是Mg-8Li-2Zn合金材料在225℃，1.5×10-4s-1的应变速率条件下的拉伸应力应变曲线；
图2是Mg-8Li-2Zn-1Y合金材料在225℃，1.5×10-4s-1的应变速率条件下的拉伸应力应变曲线。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述：
实施方式1：
镁锂合金材料的组成成分及其质量百分比为：Li8％，Zn2％，余量为Mg及其它杂质元素。按照上述质量百分比进行配料，在氩气保护下，利用真空电磁感应炉进行熔炼，得到镁锂合金铸锭。对得到的合金铸锭在真空热处理炉中进280℃×24的均匀化退火，然后把均匀化的合金铸锭去皮在300℃温度下进行两道次挤压，道次挤压中间进行553K×2h退火处理，得到3mm厚的镁锂合金板材。将3mm厚的合金板经过280℃加热1h，经过1道次轧制，得到1mm厚的镁锂合金材料。
将得到的1mm厚的镁锂合金材料经过表面打磨，去掉氧化皮，用线切割加工成拉伸试样。在WDW3050电子式万能试验机上进行拉伸测试。材料在1.5×10-4s-1的应变速率下，150-250℃范围内进行拉伸变形，在所有设定温度下，延伸率都大于100％，在225℃达到425％以上，表现出良好的低温超塑性。图1给出了合金材料在225℃，1.5×10-4s-1的应变速率条件下的拉伸应力应变曲线。
下表为合金材料在1.5×10-4s-1的应变速率下，150-250℃范围内拉伸变形结果。
实施方式2：
镁锂合金材料的组成成分及其质量百分比为：Li8％，Zn2％，Y1％，余量为Mg及其它杂质元素。按照上述质量百分比进行配料，在氩气保护下，利用真空电磁感应炉进行熔炼，得到镁锂合金铸锭。对得到的合金铸锭在真空热处理炉中进行280℃×24的均匀化退火，然后把均匀化的合金铸锭去皮在300℃温度下进行两道次挤压，道次挤压中间进行553K×2h退火处理，得到3mm厚的镁锂合金板材。将3mm厚的合金板经过553K加热1h，经过1道次轧制，得到1mm厚的镁锂合金材料。
将得到的1mm厚的镁锂合金材料经过表面打磨，去掉氧化皮，用线切割加工成拉伸试样。在WDW3050电子式万能试验机上进行拉伸测试。材料在1.5×10-4s-1的应变速率下，在200℃和225℃进行拉伸变形，延伸率分别为436％和510％。表现出良好的低温超塑性。图2为Mg-8Li-2Zn-1Y合金材料在225℃，1.5×10-4s-1的应变速率下的应力应变曲线。
Claims (1)
1.一种镁锂合金低温超塑性材料的制备工艺，其特征是：
a)按照产物中组分的质量百分比组成为：Li7-9%，Zn1-2%，Y0-1%,余量为Mg及杂质元素的配比配备熔炼所需合金元素；
b)采用中频电磁感应炉在氩气保护下熔炼，得到铸锭，熔炼过程中采用逐渐升高功率的方法进行加热；
c)经所得铸锭在真空热处理炉中，氩气保护下，在280℃进行24小时均匀化退火，炉冷至室温；
d)将c）步骤得到的铸锭在300℃经过2道次挤压，得到3mm厚的板材，道次挤压经过中间退火，工艺为280℃，2h；
e)将步骤d）得到的3mm后的板材在280℃加热1h，经过1道次轧制，得到1mm厚的镁锂合金材料。
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