CN105755410A - 一种超轻双相镁锂合金板材的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，该工艺是采用LA83?0.4Y铸锭为原材料，先进行均匀化退火处理后，线切割成板坯，板坯通过加热处理后，依次进行多道次热轧处理、去应力退火处理、多道次冷轧处理及去应力退火处理，即可以得到厚度为1mm以下，表面平整，且力学性能较好的超轻双相镁锂合金板材，该镁锂合金板材的抗拉强度为183.42～220.35MPa，屈服强度为150.01～190.74MPa，延伸率为18～35％，维氏硬度为63.09～80.05。且镁锂合金板材的制备工艺简单、低能耗、低成本，满足工业生产要求。

Description

一种超轻双相镁锂合金板材的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，属于金属加工领域。
背景技术
随着社会的发展，能源问题越来越受到人们的重视，轻量化节能减排逐渐成为交通领域发展的趋势，因此轻质金属材料的制备和成型逐渐成为国内外学者的研究热点。镁锂合金是最轻的合金材料，其密度较常见的AZ、ZK系列镁合金密度更低(AZ、ZK系列镁合金的密度约为1.8～1.9g/cm3)，对轻量化有着积极的意义。同时镁锂合金还具有高的比刚度、比强度和优良的抗震性能、抗高能粒子穿透能力和好的生物相容性，是航空、航天、兵器工业、核工业、汽车、3C产业、医疗器械等领域最理想并有着巨大发展潜力的结构材料之一，所以镁锂合金的成型工艺显得尤为重要，充分发挥镁锂合金的塑形成型能力，将使其在这些领域发挥出巨大的价值。但是，目前大部分镁合金制品均采用压铸的方式进行生产，虽然通过压铸可以获得非常复杂的产品形状，但是通过压铸生产出的镁合金制品存在着一些固有的缺陷，如铸件内部存在的显微气孔，晶粒粗大，成分偏析等等，这些铸造缺陷都将降低镁合金铸件的力学性能，使铸造成品率下降，从而导致生产成本增高。同时当压铸件的厚度在1mm以下时，成品率很低。由于镁锂合金具有很好的塑性成型能力，所以通过压力加工的方法生产镁锂合金可以很好的弥补通过压铸法生产镁锂合金产品的不足，因此塑性成型工艺就显得尤为重要。关于镁锂合金塑性加工工艺在最近几年已经有了一些研究。主要集中在镁锂合金板材的挤压与轧制等方面，如曹富荣等人对镁锂合金轧制温度进行了研究，发现在对镁锂合金进行热轧时，α相合金在400℃轧制时，基本上不出现裂边。α+β相合金则在200～300℃塑性最好。β相合金在各温度下十分容易轧制。赵旭峰等人双相镁锂合金的挤压轧制工艺，得到了这两种工艺对双相镁锂合金组织性能的影响规律。孔晶等人对双相Mg-10.73Li-4.49Al-0.52Y合金进行了等通道转角挤压，得到了经过这种工艺加工之后的组织特征和性能指标。但是由于镁锂合金种类较多，从相组成来分，就可以分为三个大类：α单相合金、β单相合金、α+β双相合金，同时合金元素也各不相同，因此目前关于镁锂合金塑性加工工艺的研究显然是不充分的。合理的加工工艺可以制备出具有很好力学性能的镁锂合金产品。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种具有高延伸率和高强度，且厚度低至1mm以下的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，该工艺简单、低能耗、低成本，满足工业生产要求。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)将LA83-0.4Y铸锭进行均匀化退火处理；
(2)所述铸锭经过线切割成板坯；
(3)将所述板坯通过加热处理后，进行多道次热轧处理，得板材I；
(4)所述板材I进行去应力退火处理，得板材II；
(5)将所述板材II经过多道次冷轧处理，得板材III；
(6)所述板材III进行去应力退火处理，即得。
优选的方案，(1)中的均匀化退火制度为：所述LA83-0.4Y铸锭在280～320℃温度条件下，退火10～12小时后，淬入水中。
较优选的方案，LA83-0.4Y铸锭包含：锂7.7wt％、铝2.93wt％、钇0.36wt％，以及镁。本发明采用的LA83-0.4Y铸锭的尺寸为Φ130×230mm。
优选的方案，(3)中加热处理过程为：将板坯加热至250℃～300℃，保温1.5～2小时。
优选的方案，(3)中的多道次热轧处理过程，道次压下量为所述道次板坯厚度的15％～20％；道次间歇将所述道次板坯置于250～300℃温度下，保温20～30min。
较优选的方案，厚度为9.7～10.3mm的板坯经过多道次热轧处理得到厚度为1.9～2.1mm的板材I。
优选的方案，(4)中的去应力退火制度为：在320～380℃温度下，退火50～70min。
优选的方案，(5)中的多道次冷轧处理过程，道次压下量为所述道次板材厚度的8％～12％，道次间歇不进行中间退火。
优选的方案，(5)中的多道次冷轧处理直至目标板材III的厚度为1mm。
优选的方案，(6)中的去应力退火制度为：在250～350℃温度下，退火处理30～90min。
本发明的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺包括以下具体步骤：
(1)将LA83-0.4Y铸锭进行均匀化退火处理，退火温度280～320℃，退火时间为10～12小时；达到预定时间后，将所述铸锭取出，淬入水中；
(2)对均匀化退火后的铸锭线切割成尺寸为150mm×110mm×(9.7～10.3)mm的板坯；
(3)将所述板坯加热至250℃～300℃，保温1.5～2小时，对板材进行多道次热轧，道次压下量为该道次板材厚度的15％～20％，共轧制9个道次，最终利用热轧将板材轧成1.9～2.1mm的厚度；在每个热轧道次间歇将合金板材置于250～300℃保温20～30min；
(4)对热轧后的板材进行退火处理，退火温度320～380℃，退火时间50～70min；
(5)对退火处理后的板材进行多道次冷轧，道次压下量为该道次板材厚度的8％～12％，在道次间歇不用进行中间退火，共轧制9个道次，最终利用冷轧将板材轧到1mm以下的厚度；
(6)对冷轧后的板材进行去应力退火处理，退火温度250～350℃，退火时间30～90min。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：
(1)本发明的技术方案首次通过热处理工艺、退火工艺、热轧工艺及冷轧工艺的完美组合，将LA83-0.4Y铸锭原料加工成薄而平整，且力学性能较好的超轻双相镁锂合金板材。本发明的技术方案采用的热处理工艺简单、操作性强；采用的退火工艺只包括均匀化退火和去应力退火两种工艺，且具有退火温度低、时间短的特点；采用的轧制包括热轧和冷轧两种加工过程，经过较少道次，即可将10mm左右厚度的板坯轧成1mm以下厚度的板材，同时只需要在热轧和冷轧之间进行一次中间退火，在热轧道次间歇和冷轧道次间歇不需要进行中间退火。综上所述，本发明的技术方案具有节能，加工周期短，工艺效率高，获得超轻双相镁锂合金板材品质高的特点。
(2)本发明的技术方案制备的超轻双相镁锂合金板材不仅厚度较薄、板形平整，两边几乎没有出现裂边，轧完后几乎不需要裁边，节省了原料，降低了成本。
(3)本发明的技术方案制备的超轻双相镁锂合金板材具有优良的力学性能，经过冷轧后，其抗拉强度为265.67MPa，屈服强度为230.93MPa，延伸率为11％，维氏硬度为86.06。冷轧后经过不同的退火处理，其抗拉强度为183.42～220.35MPa，延伸率为18～35％，维氏硬度为63.09～80.05。即经过退火处理后，其抗拉强度和维氏硬度有所下降，而延伸率有明显的提高，在保证该板材强度的同时，大大提高了该板材的成形能力，大大扩展了该镁锂合金板材的应用空间。
(4)本发明的超轻双相镁锂合金板材制备过程中，板材冷轧后经过退火处理，呈纤维状的α相基本上都已球化，形成一个个球状α相，β相发生了较为完全的再结晶，晶粒细小，通过本发明工艺得到的板材其延伸率高达35％，塑性非常好，大大提高了该板材向极薄方向成形的潜力。
附图说明
【图1】为本发明实施例6中镁锂合金板材经冷轧至1mm的宏观图片，由图可知板材经冷轧后板形良好，且两边没有出现裂边。
【图2】为本发明实施例6中镁锂合金板材的显微组织图，由图可知板材冷轧后经过350×1h的退火处理，α相发生球化，β相发生了较为完全的再结晶。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
实施例1
对LA83-0.4Y合金铸锭进行280℃×10h的均匀化退火处理，达到预定时间后，将样品取出，淬入水中。然后将铸锭线切割成尺寸为150mm×110mm×10mm的板坯，加热至260℃，保温2h后进行热轧，热轧道次压下量为20％，经过9个道次将板材轧至2mm,道次间歇将板材在260℃保温20min。热轧后将板材置于370℃下退火处理50min，然后将板材进行冷轧，道次压下量为10％，经过6个道次将板材轧至1mm。将冷轧后的板材置于250℃下退火处理30min。经过该工艺得到的板材其抗拉强度为220.35MPa，屈服强度为190.74MPa，延伸率为18％，维氏硬度为80.05。
实施例2
对LA83-0.4Y合金铸锭进行300℃×10h的均匀化退火处理，达到预定时间后，将样品取出，淬入水中。然后将铸锭线切割成尺寸为150mm×110mm×10mm的板坯，加热至260℃，保温2h后进行热轧，热轧道次压下量为20％，经过9个道次将板材轧至2mm,道次间歇将板材在260℃保温20min。热轧后将板材置于370℃下退火处理1个小时，然后将板材进行冷轧，道次压下量为10％，经过6个道次将板材轧至1mm。将冷轧后的板材置于300℃下退火处理1个小时。经过该工艺得到的板材其抗拉强度为210.68MPa，屈服强度为180.93MPa，延伸率为22％，维氏硬度为75.04。
实施例3
对LA83-0.4Y合金铸锭进行320℃×10h的均匀化退火处理，达到预定时间后，将样品取出，淬入水中。然后将铸锭线切割成尺寸为150mm×110mm×10mm的板坯，加热至260℃，保温2h后进行热轧，热轧道次压下量为20％，经过9个道次将板材轧至2mm,道次间歇将板材在260℃保温20min。热轧后将板材置于370℃下退火处理70min，然后将板材进行冷轧，道次压下量为10％，经过6个道次将板材轧至1mm。将冷轧后的板材置于350℃下退火处理1个小时。经过该工艺得到的板材其抗拉强度为202.32MPa，屈服强度为170.54MPa，延伸率为27％，维氏硬度为70.56。
实施例4
对LA83-0.4Y合金铸锭进行280℃×12h的均匀化退火处理，达到预定时间后，将样品取出，淬入水中。然后将铸锭线切割成尺寸为150mm×110mm×10mm的板坯，加热至280℃，保温1.5h后进行热轧，热轧道次压下量为20％，经过9个道次将板材轧至2mm,道次间歇将板材在280℃保温30min。热轧后将板材置于330℃下退火处理50min，然后将板材进行冷轧，道次压下量为10％，经过6个道次将板材轧至1mm。将冷轧后的板材置于250℃下退火处理1个小时。经过该工艺得到的板材其抗拉强度为215.24MPa，屈服强度为196.37MPa，延伸率为20％，维氏硬度为78.24。
实施例5
对LA83-0.4Y合金铸锭进行300℃×12h的均匀化退火处理，达到预定时间后，将样品取出，淬入水中。然后将铸锭线切割成尺寸为150mm×110mm×10mm的板坯，板坯加热至280℃，保温1.5h后进行热轧，热轧道次压下量为20％，经过9个道次将板材轧至2mm，道次间歇将板材在280℃保温30min。热轧后将板材置于330℃下退火处理1个小时，然后将板材进行冷轧，道次压下量为10％，经过6个道次将板材轧至1mm。将冷轧后的板材置于300℃下退火处理90min。经过该工艺得到的板材其抗拉强度为190.23MPa，屈服强度为160.45MPa，延伸率为30％，维氏硬度为70.55。
实施例6
对LA83-0.4Y合金铸锭进行320℃×12h的均匀化退火处理，达到预定时间后，将样品取出，淬入水中。然后将铸锭线切割成尺寸为150mm×110mm×10mm的板坯，将其加热至280℃，保温1.5h后进行热轧，热轧道次压下量为20％，经过9个道次将板材轧至2mm，道次间歇将板材在280℃保温30min。热轧后将板材置于330℃下退火70mim，然后将板材进行冷轧，道次压下量为10％，经过6个道次将板材轧至1mm。将冷轧后的板材置于350℃下退火处理1个小时。经过该工艺得到的板材其抗拉强度为183.42MPa，屈服强度为150.01MPa，延伸率为35％，维氏硬度为63.09。

Claims (10)

1.一种超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将LA83-0.4Y铸锭进行均匀化退火处理；
(2)所述铸锭经过线切割成板坯；
(3)将所述板坯通过加热处理后，进行多道次热轧处理，得板材I；
(4)所述板材I进行去应力退火处理，得板材II；
(5)将所述板材II经过多道次冷轧处理，得板材III；
(6)所述板材III进行去应力退火处理，即得。
2.根据权利要求1所述的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，其特征在于：(1)中的均匀化退火制度为：所述LA83-0.4Y铸锭在280～320℃温度条件下，退火10～12小时后，淬入水中。
3.根据权利要求2所述的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，其特征在于：所述的LA83-0.4Y铸锭包含：锂7.7wt％、铝2.93wt％、钇0.36wt％，以及镁。
4.根据权利要求1所述的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，其特征在于：(3)中加热处理过程为：将板坯加热至250℃～300℃，保温1.5～2小时。
5.根据权利要求1所述的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，其特征在于：(3)中的多道次热轧处理过程，道次压下量为所述道次板坯厚度的15％～20％；道次间歇将所述道次板坯置于250～300℃温度下，保温20～30min。
6.根据权利要求1、4或5所述的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，其特征在于：厚度为9.7～10.3mm的板坯经过多道次热轧处理得到厚度为1.9～2.1mm的板材I。
7.根据权利要求1所述的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，其特征在于：(4)中的去应力退火制度为：在320～380℃温度下，退火50～70min。
8.根据权利要求1所述的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，其特征在于：(5)中的多道次冷轧处理过程，道次压下量为所述道次板材厚度的8％～12％，道次间歇不进行中间退火。
9.根据权利要求8所述的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，其特征在于：(5)中的多道次冷轧处理直至目标板材III的厚度为1mm以下。
10.根据权利要求1所述的超轻双相镁锂合金板材的制备工艺，其特征在于：(6)中的去应力退火制度为：在250～350℃温度下，退火处理30～90min。
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