CN107587017A

CN107587017A - 一种含铍且双相α+β的镁锂合金及其加工工艺

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Publication number: CN107587017A
Application number: CN201710829041.5A
Authority: CN
Inventors: 杨长江
Original assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd; Guangzhou Yuzhi Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2018-01-16

Abstract

本发明公开了一种含铍且双相α+β的镁锂合金及其加工工艺，按重量百分比计，合金的组成为：Li:6.0‑10.0wt.%，Be:0.2‑0.4wt.%,Sb:1.0‑3.0wt.%,Cr:0.2‑0.4wt.%,V:0.1‑0.2wt.%,Pb:0.2‑0.4wt.%,Se:0.2‑0.3wt.%，余量为镁。通过优选多元微合金化元素配方和随后的进一步优化熔炼工艺和热处理参数，实现镁锂合金中高温相和强化相的完美匹配，最终获得一种多元微合金化新型高强耐热镁锂合金材料。室温下该镁锂合金的性能：屈服强度为120‑145MPa，抗拉强度为170‑195MPa，延伸率为7‑12%。100度时，该镁锂合金的性能：屈服强度为120‑140MPa，抗拉强度为165‑170MPa，延伸率为12‑16%。该合金冶炼加工方法简单，生产成本比较低，便于工业化大规模应用。

Description

一种含铍且双相α+β的镁锂合金及其加工工艺

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种镁锂合金。

背景技术

锂的密度只有0.53g/cm³，将它加入镁中形成的镁锂合金。镁锂合金密度比一般镁合金的密度要轻得多(密度通常为1.35～1.65g/cm³)。镁锂合金与钢铁、镁合金、钛合金、铝合金、工程塑料、碳纤维复合材料等新材料相比,优势突出,主要在于: (1)密度低、比强度高、比模量高。镁锂合金的密度小于常用镁合金,是铝合金的1/2～3/5,是金属结构材料中密度最小的,与塑料相差不大。其比强度(断裂强度/密度)大于铝合金和塑料,与普通镁合金相当。同时,它的比模量则是常用结构材料中最高的。(2)刚性好。在相同重量条件下,镁锂合金的刚性是钢铁的22倍。在满足相同刚性时,所需的镁锂合金材料重量仅为钢铁材料的1/3左右。(3)导电、导热性能良好。镁锂合金的导电导热性能是其它非金属轻质材料无可比拟的,其热导率约为塑料的300～400倍,是碳纤维复合材料的30～50倍,导电性约为塑料的1016倍,是碳纤维复合材料的104倍。

镁锂合金在电子产品、医疗器械、户外器材等领域有着广泛用途，如笔记本电脑、手机、摄像机、照相机的外壳等，都要求轻型化。镁锂合金轻、比刚度高、导电导热，可以作为电器壳体和仪表盘，有效减重。优异的电磁屏蔽性能以及超轻高强特性，是作为制导部件和控制舱壳体的理想材料。超轻高强特性使之成为尾翼减重的最佳材料。此外，镁锂合金还可用于制造导弹尾翼及控制舱壳体、电器电路基板、电控装备的外壳、陀螺仪，装甲材料，武器瞄准装置，单兵作战时携带的轻武器和装备，以及担架、弹夹等。镁锂合金具有优异的电磁屏蔽性能，因此采用镁锂合金制备3C产品零部件，不仅能够实现减重效果，还能够减少电磁干扰，使传输的数据更真实准确。作为壳体材料使用时还能够减少电磁对人体的损害。

目前用于轻量化场合的镁锂合金，主要包括镁锂-铝和镁锂-锌体系。其中，镁锂-铝体系通过铝的加入生成金属间化合物进行第二相强化，也通过固溶在α相中进行固溶强化。但是，这些强化效果随着温度的上升下降很快，而且所得合金材料在室温下力学性能相对较差。镁锂-锌合金属于析出硬化型，成本比较低廉，但是该类合金在室温下的力学性能相对较差。而且，现有的镁锂合金普遍存在着高温强度低，铸造性能差，渣料处理流程长等问题。另外，近年来国际上出现的能够耐高温且具高强度的镁锂合金配方中都含有贵重元素，不适合工业化的大生产和应用。α相是密排六方晶体,其塑性变形能力差,变形加工困难、加工效率低,而且很难进一步二次成型,导致市场上变形α相镁锂合金的产品份额很低,严重制约了其(板材、型材、管材等)在航空航天和电子工业上的大规模应用。β相的冷和热成形加工能力比α相的高，允许变形量可达50-60%。国民经济和现代化建设中极具应用前景的双相α+β高强耐热镁锂合金，在国内外报道都比较少。

研发具有自主知识产权的高性能双相α+β镁锂合金,对于扩大镁锂合金应用,提高中国制造业产品的技术含量和档次,提升中国镁锂合金冶炼、加工行业的技术水准，自主掌握先进镁锂合金材料研发的核心技术具有重要意义。本专利提供了一种含铍且双相α+β的镁锂合金，且该合金属于变形合金。在装备要求轻量化的条件下当作结构件使用时，不仅可以大大降低重量，还可以通过利用合金的高强度进一步降低合金的使用量。预计在不久的将来，高强度的镁锂合金在能源，电力，通讯，交通等领域会得到大规模的使用，并会在更多的工程领域有更为深入的应用拓展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种含铍且双相α+β的镁锂合金及其加工工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含铍且双相α+β的镁锂合金，按重量百分比计，合金的组成为：Li: 6.0-10.0wt.%，Be: 0.2-0.4wt.%, Sb: 1.0-3.0wt.%, Cr: 0.2-0.4wt.%, V: 0.1-0.2wt.%, Pb: 0.2-0.4wt.%, Se: 0.2-0.3wt.%，余量为镁。

上述镁锂合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到750-850度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在750-850度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20-30%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：300度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理350度保温3小时；真空时效处理300度保温1小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明专利针对目前高温下镁锂合金性能的急剧降低和恶化提供了一种新颖材料学的解决方案。以材料学中的热力学和相图理论为指导，通过优选合金中的主要和次要添加元素来提高合金中强化相的高温稳定性以及相含量的大温度范围内的不变性。通过优选低成本多元微合金化元素配方，为镁锂合金中高温相和强化相的形成提供了热力学条件；通过随后的进一步优化熔炼工艺和热处理参数，实现镁锂合金中高温相和强化相的完美匹配，最终获得一种新型高强耐热镁锂合金材料。

（2）该合金具有低的相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造孔洞明显，高温强度低等技术难题。冶炼加工方法简单，生产成本比较低。便于工业化大规模应用。

（3）室温下该镁锂合金的性能：屈服强度为120-145MPa，抗拉强度为170-195MPa，延伸率为7-12%。100度时，该镁锂合金的性能：屈服强度为120-140MPa，抗拉强度为165-170MPa，延伸率为12-16%。

具体实施方式

实施例1

一种含铍且双相α+β的镁锂合金。按照重量比，该合金的成分为：Li: 9.2wt.%，Be:0.2wt.%, Sb: 1.3wt.%, Cr: 0.3wt.%, V: 0.1wt.%, Pb: 0.3wt.%, Se: 0.2wt.%，余量为镁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到750度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在750度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为25%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：300度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理350度保温3小时；真空时效处理300度保温1小时。室温下该镁锂合金的性能：屈服强度为128MPa，抗拉强度为182MPa，延伸率为9%。100度时，该镁锂合金的性能：屈服强度为132MPa，抗拉强度为169MPa，延伸率为13%。该合金在100度下使用两年，未见明显的力学性能衰减。

实施例2

一种含铍且双相α+β的镁锂合金。按照重量比，该合金的成分为：Li: 9.6wt.%，Be:0.4wt.%, Sb: 2.6wt.%, Cr: 0.3wt.%, V: 0.1wt.%, Pb: 0.2wt.%, Se: 0.2wt.%，余量为镁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到750度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在750度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为25%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：300度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理350度保温3小时；真空时效处理300度保温1小时。室温下该镁锂合金的性能：屈服强度为129MPa，抗拉强度为186MPa，延伸率为11%。100度时，该镁锂合金的性能：屈服强度为134MPa，抗拉强度为168MPa，延伸率为13%。该合金在100度下使用两年，未见明显的力学性能衰减。

实施例3

一种含铍且双相α+β的镁锂合金。按照重量比，该合金的成分为：Li: 8.4wt.%，Be:0.3wt.%, Sb: 1.6wt.%, Cr: 0.3wt.%, V: 0.1wt.%, Pb: 0.3wt.%, Se: 0.2wt.%，余量为镁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到750度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在750度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为25%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：300度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理350度保温3小时；真空时效处理300度保温1小时。室温下该镁锂合金的性能：屈服强度为134MPa，抗拉强度为179MPa，延伸率为11%。100度时，该镁锂合金的性能：屈服强度为130MPa，抗拉强度为168MPa，延伸率为15%。该合金在100度下使用两年，未见明显的力学性能衰减。

Claims

1.一种含铍且双相α+β的镁锂合金，其特征在于按重量百分比计，合金的组成为：Li:6.0-10.0wt.%，Be: 0.2-0.4wt.%, Sb: 1.0-3.0wt.%, Cr: 0.2-0.4wt.%, V: 0.1-0.2wt.%, Pb: 0.2-0.4wt.%, Se: 0.2-0.3wt.%，余量为镁。

2.根据权利要求1所述双相α+β的镁锂合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到750-850度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在750-850度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。

3.根据权利要求1所述双相α+β的镁锂合金的加工方法：室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20-30%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：300度保温1个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理350度保温3小时；真空时效处理300度保温1小时。