CN103290287A - 一种稀土镁锂合金板材及其制备方法 - Google Patents

一种稀土镁锂合金板材及其制备方法 Download PDF

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高平
邸建辉
付利涛
李淑利
张明
寇江民
袁媛
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Abstract

一种稀土镁锂合金板材及其制备方法，属于金属加工领域。其特征是：镁合金板材的成分按重量百分比为：Li：11~15%，Y：0.5~2%，Gd：0.5~2%，Sc：0.1~1％，Al：7~9％，其余为镁；采用工业用中频或工频感应熔化炉将镁及中间合金熔化，调整炉温进行保温处理，保温时间达到后从炉子中取样进行快速炉前分析，检测成分是否合格；浇注轧制板材进行热轧和冷轧，经T6处理后制作力学试样，测定力学性能。本发明既保证了镁锂合金的强度，同时大幅提高了其塑性变形能力，降低了变形镁合金板材的生产难度，提高了生产效率。合金熔炼过程简便可靠，操作方便，无需特殊的处理工艺及合金加入方法。铸锭组织细小、均匀，无网状、粗大片状的Mg17All2相，析出相均匀。轧制工艺简便可靠、切实可行，板材具有好的综合力学性能。

Description

一种稀土镁锂合金板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种稀土镁锂合金板材及其制备方法，属于金属加工领域。
技术背景
镁合金材料是目前结构金属材料应用中质量最轻的金属材料，它具有比重小，比强度高，比刚度高，导电、导热性能好,降噪和电磁屏蔽好，切削加工性能好，易于回收等多种优点，广泛应用在航空、航天、汽车制造、家电、电子信息产品中，成为21世纪最有应用前景的金属材料。然而镁合金材料的力学性能较低、塑性较差，这严重制约了镁合金尤其是变形镁合金材料的应用和推广，目前国内外广泛开展了提高镁合金强度和塑性的研究工作，欧美日等国家开展的高强度、超塑性镁合金材料研究处于较领先的地位，研制出的新型镁合金材料具有较高的力学性能和较好的塑性，其中尤以添加锂元素来提高镁合金的塑性，添加稀土元素来细化晶粒，提高镁合金的综合力学性能，取得了一些实验效果，但仍旧不够理想，D.K.Xu等人（D.K.Xu，L.Liu，Y.B.Xu，Scripta Materialia.285.57（2007）），在镁锂合金中加入了Zn、Y对合金进行了增强，得到了强度较高且塑性较好的合金，但由于加入Zn的量在3wt%以上，不仅增加了合金的密度，而且合金易产生过时效问题。R.Z.Wu等人（R.Z.Wu，Z.K.Qu，M.Zhang, MaterialsScience and Engineering A 516(2009)96-99）通过对Mg-8Li-1Al和Mg-8Li-3Al合金中添加Y，抑制了合金中α相的形成，球化了晶体结构，增强了合金的塑性，但强度没有明显改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种高延伸率并且强度不低于目前常用国标的一种稀土镁锂合金板材及其制备方法，扩大镁合金应用范围。
本发明的目的是通过以下方式实现的，
一种稀土镁锂合金板材的成分按重量百分比为：
Li：11~15%，Y：0.5~2%，Gd：0.5~2%，Sc：0.1~1％，Al：7~9％，其余为镁。
一种制备所述镁锂合金板材的方法如下：
（1）准备：Mg-Li或Al-Li、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc或Al-Sc中间合金、纯铝、纯镁；
锂元素采用镁锂中间合金或铝锂中加间合金的形式加入，其合金成分为：镁锂合金锂含量在10%~20wt%之间，铝锂合金锂含量在20~40 wt%之间；镁钇中间合金钇含量大于等于20 wt%，镁钆中间合金钆含量大于等于20wt%，镁钪或铝钪中间合金钪含量大于等于5wt%；中间合金的其他杂质元素含量按GB/T8735标准执行；
（2）中间合金的加入：按一种稀土镁锂合金材料的成分设计在工业用中频或工频感应熔化炉中将纯镁、纯铝、Mg-Li或Al-Li、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc或Al-Sc中间合金熔化，调整炉温进行保温处理，保温时间达到后从炉子中取样进行快速炉前分析，检测成分是否合格；如不满足合金材料的成分设计的要求，则加材料调整；
（3）加入中间合金的温度设计：中间合金的加入温度控制在680℃~720℃之间，保温20分钟以上；
（4）浇注：温度控制在680℃~700℃之间；
（5）均匀化退火处理：温度控制为400℃，保温12h，需在真空炉中进行；
（6）轧制：
变形轧制工艺为：
预热温度：350℃~450℃，时间：0.5h，预热时采用电阻炉，需用Ar气保护；轧辊预热温度：150℃~250℃，轧辊表面用石蜡涂抹；
热轧：
第一次：板材压下量为板坯厚度的34~36％，温度：350℃~400℃；
第二次：板材压下量为上一次板坯厚度的24~26％，温度：300℃~350℃；
第三次：板材压下量为上一次板坯厚度的19~21％，温度：300℃~350℃；
冷轧：
板材压下量为厚度的8~10％，温度：<250℃；
总变形量控制在板材板坯厚度的40~60％；
（7）热处理：采用T6（固溶＋时效）工艺，先400℃保温6h后250℃保温10h，需在真空炉中进行。
本发明的优点为：
本发明的一种稀土镁锂合金板材及其制备方法，由于本发明所述的稀土元素在镁合金结晶过程中作为形核的异质核心，提高镁合金凝固时的结晶速率，加快镁合金的凝固过程，缩短凝固时间，这能够显著细化镁合金的组织，抑制镁合金晶粒的长大；同时由于所述的稀土元素与镁具有相同的六方晶格，并且熔点高于镁合金的熔点，在降温结晶的过程中能够与镁形成共晶格，促进镁合金的快速结晶，形成成分过冷和温度过冷，能够极大的细化镁合金的组织，提高镁合金的强度和塑性；其次，所述的稀土元素的活性大于镁元素，能够优先与镁合金中的杂质元素结合，形成富含稀土的杂质，上浮或下沉到熔液的顶部或底部，起到去除杂质，净化熔液的目的，杂质的减少有益于提高镁合金的强度和塑性；再次，所述的稀土元素在镁合金凝聚结晶以后，富集在晶粒的边界，以钉扎的形式阻碍晶界的迁移，阻止晶粒在高温受热时长大，显著提高其强度；锂元素为体心立方晶格结构，在Mg－Li合金中，当锂含量为5％～10％（质量）时可形成α＋β相（密排六方与体心立方的混合相），因此塑性加工性能变好；当合金中锂含量大于11％（质量）时，全部转化为体心立方相，可使镁合金塑性加工性能得到大幅度改善。本发明将稀土元素Y、Gd、Sc同时引入镁锂合金，Y可改善合金微观结构、细化晶粒、抑制合金中α相的形成，从而提高合金的塑性。Gd的加入可以产生固溶强化作用，改善合金微观组织结构、细化晶粒，从而提高合金的强度。Sc的加入可以产生时效析出强化作用，从而改善合金的室温力学性能。与不加稀土镁锂合金相比，抗拉强度与塑性同时大幅提高，抗拉强度达到280Mpa以上，延伸率达到30％以上，既保证了镁合金的强度，同时大幅提高了其塑性变形能力，降低变形镁合金生产难度。这对于扩大镁合金应用范围，尤其是汽车工业对于实现减重、保证强度、高效生产的需求意义重大。采用中频或工频熔化保温炉，可以获得成分均匀、少烧损的高收得率的合金熔体，熔炼过程简便可靠，操作方便，无需特殊的处理工艺及合金加入方法。铸锭组织细小、均匀，无网状、粗大片状的Mg17All2相，析出相均匀。轧制工艺简便可靠、切实可行，板材具有好的综合力学性能。
具体实施方式
实施例1
一种镁锂合金板材的成分按重量百分比为：
Li：11%，Y：1%，Gd：1%，Sc：0.3％，Al：9％，其余为镁。
一种制备所述镁锂合金板材方法如下：
（1）准备：Mg-Li或Al-Li、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc或Al-Sc中间合金、纯铝、纯镁；
锂元素采用镁锂中间合金或铝锂中加间合金的形式加入，其合金成分为：镁锂合金锂含量在10%~20wt%之间，铝锂合金锂含量在20~40 wt%之间；镁钇中间合金钇含量大于等于20 wt%，镁钆中间合金钆含量大于等于20wt%，镁钪或铝钪中间合金钪含量大于等于5wt%。,中间合金的其他杂质元素含量按GB/T8735标准执行；
（2）中间合金的加入：按所述成分设计在工业用中频或工频感应熔化炉中将纯镁、纯铝、Mg-Li或Al-Li、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc或Al-Sc中间合金熔化，调整炉温进行保温处理，保温时间达到后从炉子中取样进行快速炉前分析，检测成分是否合格；如不满足合金材料的成分设计的要求，则加材料调整；
（3）加入中间合金的温度设计：中间合金的加入温度控制在680℃~720℃之间，保温20分钟以上；
（4）浇注：温度控制在680℃~700℃之间；
（5）均匀化退火处理：温度控制为400℃，保温12h，需在真空炉中进行；
（6）轧制：
变形轧制工艺为：
预热温度：350℃~450℃，时间：0.5h，预热时采用电阻炉，需用Ar气保护。轧辊预热温度：150℃~250℃，轧辊表面用石蜡涂抹；
热轧：
第一次：板材压下量为板坯厚度的34~36％，温度：350℃~400℃；
第二次：板材压下量为上一次板坯厚度的24~26％，温度：300℃~350℃；
第三次：板材压下量为上一次板坯厚度的19~21％，温度：300℃~350℃；
冷轧：
板材压下量为厚度的8~10%，温度：<250℃；
总变形量控制在板材板坯厚度的40~60％；
（7）热处理：采用T6（固溶＋时效）工艺，先400℃保温6h后250℃保温10h，需在真空炉中进行；
T6处理后板材力学性能，见表1。
表1稀土镁锂合金板材力学性能
Figure BDA0000335481831
实施例2
镁合金板材的成分按重量百分比为：
Li：13%，Y：1.5%，Gd：1%，Sc：0.5％，Al：9％，其余为镁。
本发明的制备方法是：
（1）准备：Mg-Li或Al-Li、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc或Al-Sc中间合金、纯铝、纯镁；
锂元素采用镁锂中间合金或铝锂中加间合金的形式加入，其合金成分为：镁锂合金锂含量在10%~20wt%之间，铝锂合金锂含量在20~40 wt%之间；镁钇中间合金钇含量大于等于20 wt%，镁钆中间合金钆含量大于等于20wt%，镁钪或铝钪中间合金钪含量大于等于5wt%；
中间合金的其他杂质元素含量按GB/T8735标准执行；
（2）中间合金的加入：按一种稀土镁锂合金材料的成分设计在工业用中频或工频感应熔化炉中将纯镁、纯铝、Mg-Li或Al-Li、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc或Al-Sc中间合金熔化，调整炉温进行保温处理，保温时间达到后从炉子中取样进行快速炉前分析，检测成分是否合格。如不满足合金材料的成分设计的要求，则加材料调整；
（3）加入中间合金的温度设计：中间合金的加入温度控制在680℃~720℃之间，保温20分钟以上；
（4）浇注：温度控制在680℃~700℃之间；
（5）均匀化退火处理：温度控制为400℃，保温12h，需在真空炉中进行；
（6）轧制：
变形轧制工艺为：
预热温度：350℃~450℃，时间：0.5h，预热时采用电阻炉，需用Ar气保护。轧辊预热温度：150℃~250℃，轧辊表面用石蜡涂抹；
热轧：
第一次：板材压下量为板坯厚度的34~36%，温度：350℃~400℃；
第二次：板材压下量为上一次板坯厚度的24~26%，温度：300℃~350℃；
第三次：板材压下量为上一次板坯厚度的19~21%，温度：300℃~350℃；
冷轧：
板材压下量为厚度的8~10%，温度：<250℃；
总变形量控制在板材板坯厚度的40~60%；
（7）热处理：采用T6（固溶＋时效）工艺，先400℃保温6h后250℃保温10h，需在真空炉中进行；
T6处理后板材力学性能，见表2。
表2稀土镁锂合金板材力学性能
Figure BDA0000335481832
实施例3
镁合金板材的成分按重量百分比为：
Li：15%，Y：1%，Gd：1.5%，Sc：0.8％，Al：9％，其余为镁。
本发明的制备方法是：
（1）准备：Mg-Li或Al-Li、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc或Al-Sc中间合金、纯铝、纯镁；
锂元素采用镁锂中间合金或铝锂中加间合金的形式加入，其合金成分为：镁锂合金锂含量在10%~20wt%之间，铝锂合金锂含量在20~40 wt%之间；镁钇中间合金钇含量大于等于20 wt%，镁钆中间合金钆含量大于等于20wt%，镁钪或铝钪中间合金钪含量大于等于5wt%；中间合金的其他杂质元素含量按GB/T8735标准执行；
（2）中间合金的加入：按一种稀土镁锂合金材料的成分设计在工业用中频或工频感应熔化炉中将纯镁、纯铝、Mg-Li或Al-Li、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc或Al-Sc中间合金熔化，调整炉温进行保温处理，保温时间达到后从炉子中取样进行快速炉前分析，检测成分是否合格；如不满足合金材料的成分设计的要求，则加材料调整；
（3）加入中间合金的温度设计：中间合金的加入温度控制在680℃~720℃之间，保温20分钟以上；
（4）浇注：温度控制在680℃~700℃之间；
（5）均匀化退火处理：温度控制为400℃，保温12h，需在真空炉中进行；
（6）轧制：
变形轧制工艺为：
预热温度：350℃~450℃，时间：0.5h，预热时采用电阻炉，需用Ar气保护；轧辊预热温度：150℃~250℃，轧辊表面用石蜡涂抹；
热轧：
第一次：板材压下量为板坯厚度的34~36%，温度：350℃~400℃；
第二次：板材压下量为上一次板坯厚度的24~26%，温度：300℃~350℃；
第三次：板材压下量为上一次板坯厚度的18~20%，温度：300℃~350℃；
冷轧：
板材压下量为厚度的8~10%，温度：<250℃。
总变形量控制在板材板坯厚度的40~60%；
（7）热处理：采用T6（固溶＋时效）工艺，先400℃保温6h后250℃保温10h，需在真空炉中进行；
T6处理后板材力学性能，见表3。
表3稀土镁锂合金板材力学性能
Figure BDA0000335481833

Claims (2)

1.一种稀土镁锂合金板材，其特征是： 镁合金板材的成分按重量百分比为： Li：11~15%，Y：0.5~2%，Gd：0.5~2%，Sc：0.1~1％，Al：7~9％，余量为镁。
2.一种制备如权利要求1所述的稀土镁锂合金板材的制备方法，其特征是：
（1）准备：或Al-Li、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc或Al-Sc中间合金、纯铝、纯镁，锂元素采用镁锂中间合金或铝锂中加间合金的形式加入，其合金成分为：镁锂合金锂含量在10%~20wt%之间，铝锂合金锂含量在20~40 wt%之间；镁钇中间合金钇含量大于等于20 wt%，镁钆中间合金钆含量大于等于20wt%，镁钪或铝钪中间合金钪含量大于等于5wt%；中间合金的其他杂质元素含量按GB/T8735标准执行；
（2）中间合金的加入：按所述一种稀土镁锂合金材料的成分设计在工业用中频或工频感应熔化炉中将纯镁、纯铝、Mg-Li或Al-Li、Mg-Y、Mg-Gd、Mg-Sc或Al-Sc中间合金熔化，调整炉温进行保温处理，保温时间达到后从炉子中取样进行快速炉前分析，检测成分是否合格；如不满足合金材料的成分设计的要求，则加材料调整；
（3）加入中间合金的温度设计：中间合金的加入温度控制在680℃~720℃之间，保温20分钟以上；
（4）浇注：温度控制在680℃~700℃之间；
（5）均匀化退火处理：温度控制为400℃，保温12h，需在真空炉中进行；
（6）轧制：
变形轧制工艺为：
预热温度：350℃~450℃，时间：0.5h，预热时采用电阻炉，需用Ar气保护；轧辊预热温度：150℃~250℃，轧辊表面用石蜡涂抹；
热轧：
第一次：板材压下量为板坯厚度的34~36%，温度：350℃~400℃；
第二次：板材压下量为上一次板坯厚度的24~26%，温度：300℃~350℃；
第三次：板材压下量为上一次板坯厚度的18~20%，温度：300℃~350℃；
冷轧：
板材压下量为厚度的8~10%，温度：<250℃；
总变形量控制在板材板坯厚度的40~60%；
（7）热处理：采用T6（固溶＋时效）工艺，先400℃保温6h后250℃保温10h，需在真空炉中进行。
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