CN107686920A - 一种具有高阻尼含单相β的镁锂合金及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高阻尼的含单相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:12.0‑20.0wt.%,Ca:1.0‑3.0wt.%,Ga:0.2‑1.2wt.%,Sn:0.8‑1.2wt.%,Mo:0.2‑0.4wt.%，Te:0.1‑0.3wt.%,B:0.01‑0.03wt.%，余量为镁。该材料具有传统镁锂合金的力学性能：弹性模量为50‑70GPa，屈服强度为90‑120MPa，抗拉强度为140‑160MPa，延伸率为6‑18%。并具有传统镁锂合金不具备的高阻尼性能：SDC=40‑45%，传统材料为SDC=30%左右。该合金在氩气的保护下感应熔炼，冶炼加工方法简单，生产成本比较低。在保证阻尼性能的同时，也使得合金的使用寿命有了进一步提高，便于工业化大规模应用。本发明可用于制造在使用温度为100度以下的结构件并具有极其显著的减振效果。

Description

一种具有高阻尼含单相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
将锂元素作为主要合金化元素添加到镁合金中可以制备出世界上最轻的高端金属结构材料镁锂合金。镁锂合金密度一般为1.35-1.65g/cm3。镁锂合金具有良好的导热、导电、延展性，具有高的比强度、比刚度和抗高能粒子穿透能力，是航天、航空及兵器工业、核工业、电子产品等领域最理想的结构材料。镁锂合金比以前广泛使用的镁合金轻很多，而且实现相同强度所需要的板厚也薄，重量可减轻约25%。与铝合金相比，重量可减轻四成以上。
高性能镁锂合金材料具备镁合金很多不具备的特性：(1)普通镁合金常温不易加工，最薄到0.2mm。镁锂合金优异的塑性可以象铝箔一样进行加工;通过轧制、退火工艺，可以得到0.05mm的镁锂合金箔材，最薄可达0.01mm。(2)可用于空间飞行器的电磁屏蔽、绝热保温、高端音响、燃料电池负极、生物医用等。(3)高锻造比冷热复合锻压生产的镁锂合金锻件抗拉性能好，锻坯一致性好，晶粒细小，成功应用于航空军用无人机导航设备的零部件，为我国航空事业的发展做出了贡献。
随着现在工业的快速发展，振动和噪音已经严重地影响着机械设备和电子设备运行的稳定性和可靠性。减振降噪已经成为众多领域急需解决的关键性工程问题。解决该类问题的核心内容就是采用高性能的阻尼合金材料。具有极高阻尼性能的镁锂合金具有低屈服应力、高延展性等特性。在工程使用时低屈服应力可使阻尼合金能较早的进入内耗状态，可以有效地将机械能转化为热能。随着工业技术大加速发展，国民经济各个领域对减振降噪的要求越来越高。高阻尼镁锂合金具有非常大的市场竞争力。市场迫切需要一种能够进行有效振动衰减的高阻尼镁锂合金。
目前现有的镁锂合金材料阻尼性能低，SDC维持在30%左右。在振动量大的工作温度下长时间使用后，会使得产生的振动不能有效及时地变成热能耗散掉。目前，国内外还没有高阻尼镁锂合金相关领域的报道或者具体产业化信息。这种现状严重的制约了镁锂合金在轻量化且振动比较大领域的广泛应用。如何有效地在维持镁锂合金低密度，高的力学性能（强度和韧性）的同时，获得更为优异的减振系数是镁锂合金在全世界范围内进一步推广需要克服的问题，也是目前镁锂合金研究和开发的主要方向。本专利提供了一种具有高阻尼单相β镁锂合金及其加工工艺。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阻尼进一步降低结构件的振动。预计在不久的将来，高阻尼的镁锂合金在能源，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，提供一种具有高阻尼含单相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：
一种具有高阻尼含单相β的镁锂合金。按重量百分比计，合金的组成为：Li: 12.0-20.0wt.%, Ca: 1.0-3.0wt.%, Ga: 0.2-1.2wt.%, Sn: 0.8-1.2wt.%, Mo: 0.2-0.4wt.%，Te: 0.1-0.3wt.%, B: 0.01-0.03wt.%，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：250度保温0.4个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理460度保温2小时；真空时效处理180度保温2小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.提供一种具有高阻尼的含单相β的镁锂合金。该材料具有传统镁锂合金的力学性能：弹性模量为50-70GPa，屈服强度为90-120MPa，抗拉强度为140-160MPa，延伸率为6-18%。并具有传统镁锂合金不具备的高阻尼性能：SDC=40-45%，传统材料为SDC=30%左右。
2.该合金在氩气的保护下感应熔炼，冶炼加工方法简单，生产成本比较低。在保证阻尼性能的同时，也使得合金的使用寿命有了进一步提高，便于工业化大规模应用。
3.本发明可用于制造在使用温度为100度以下的结构件并具有极其显著的减振效果。
具体实施方式
实施例1
一种具有高阻尼含单相β的镁锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:12.6wt.%, Ca: 1.8wt.%, Ga: 0.3wt.%, Sn: 0.9wt.%, Mo: 0.3wt.%，Te: 0.1wt.%, B:0.02wt.%，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，并利用电磁效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在750度保温10分钟浇铸到水玻璃模具内进行铸造成型。等完全凝固后取出铸件。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：250度保温0.4个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理460度保温2小时；真空时效处理180度保温2小时。所得的高阻尼镁锂合金力学性能和阻尼性能为：弹性模量为56GPa，屈服强度为96MPa，抗拉强度为153MPa延伸率为12%，SDC=41%。该合金在室温下使用超过2年时间，未见明显的阻尼性能衰减。
实施例2
一种具有高阻尼含单相β的镁锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:18.6wt.%, Ca: 2.7wt.%, Ga: 0.6wt.%, Sn: 1.1wt.%, Mo: 0.3wt.%，Te: 0.2wt.%, B:0.02wt.%，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，并利用电磁效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在750度保温10分钟浇铸到水玻璃模具内进行铸造成型。等完全凝固后取出铸件。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：250度保温0.4个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理460度保温2小时；真空时效处理180度保温2小时。所得的高阻尼镁锂合金力学性能和阻尼性能为：弹性模量为61GPa，屈服强度为112MPa，抗拉强度为157MPa，延伸率为9%，SDC=42%。该合金在室温下使用超过2年时间，未见明显的阻尼性能衰减。
实施例3
一种具有高阻尼含单相β的镁锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:16.8wt.%, Ca: 1.6wt.%, Ga: 0.8wt.%, Sn: 0.7wt.%, Mo: 0.3wt.%, Te: 0.2wt.%, B:0.01wt.%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，并利用电磁效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在750度保温10分钟浇铸到水玻璃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：250度保温0.4个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理460度保温2小时；真空时效处理180度保温2小时。所得的高阻尼镁锂合金力学性能和阻尼性能为：弹性模量为62GPa，屈服强度为103MPa，抗拉强度为149MPa，延伸率为11%，SDC=44%。该合金在室温下使用超过2年时间，未见明显的阻尼性能衰减。

Claims (3)

1.一种具有高阻尼的含单相β的镁锂合金及其加工工艺，其特征在于按重量百分比计，合金的组成为：Li: 12.0-20.0wt.%, Ca: 1.0-3.0wt.%, Ga: 0.2-1.2wt.%, Sn: 0.8-1.2wt.%, Mo: 0.2-0.4wt.%，Te: 0.1-0.3wt.%, B: 0.01-0.03wt.%，余量为镁。
2.根据权利要求1所述镁锂合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：如上成分的合金在750-850度氩气保护的感应炉内熔炼，并采用碳化硅坩埚熔炼后铸造。
3.根据权利要求1所述镁锂合金的加工方法，其特征在于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：250度保温0.4个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理460度保温2小时；真空时效处理180度保温2小时。
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