CN107686921A

CN107686921A - 一种具有极高强度含单相α的镁锂合金及其加工工艺

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Publication number: CN107686921A
Application number: CN201710813432.8A
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: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2018-02-13

Abstract

本发明公开了一种具有极高强度的含单相α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:1.0‑4.0wt.%，Sn:1.0‑4.0wt.%,Cd:1.0‑3.0wt.%,Ge:0.2‑1.2wt.%,Cu:0.8‑1.2wt.%,Mo:0.2‑0.4wt.%,Ni:1.2‑1.4wt.%,W:1.0‑5.0wt.%，余量为镁。本发明提供的一种具有极高强度的含单相α的镁锂合金。该变形镁锂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。相对于传统的镁锂合金，本发明申请保护的新型高强度镁锂合金力学性能提高30%左右。耐较高的使用温度，在100度下使用没有明显的力学性能衰退现象。使得镁锂合金在需要器件轻量化的场合有了进一步的具体应用，便于工业化大规模应用。

Description

一种具有极高强度含单相α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

通过向金属镁中添加金属锂，便得到具备低密度和高比强度的镁锂合金。这种新材料代表了镁合金发展的技术前沿，被称为最为绿色环保的革命性材料，并具备减震和消噪的高阻尼性能，以及抗辐射、抗电磁干扰性能。根据锂含量和组织不同，镁锂合金可分为三类：含锂量低于5.5wt.%的合金，其组织为锂溶于hcp镁中的固溶体(α相)；含锂量大于10.2wt.%的合金，其组织为均匀的bcc固溶体(β相) ；含锂量介于5.5-10.2wt.%的合金，其组织为α+β相。

镁锂合金比重一般介于1.3-1.6g/cm³，较一般镁合金的1.8g/cm³更低。由于镁是密排六方晶体，塑性变形能力差，一般镁合金变形加工困难、加工效率低，而且变形镁合金很难进一步二次成型，导致市场上变形镁合金产品份额很低，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。元素锂的加入可使镁合金的结构从hcp转变为bcc。由于体心立方结构的出现，使镁合金的塑性得到极大改善，并改变了镁合金因滑移少、加工成型困难的缺点。也就是说, 镁锂合金与普通镁合金相比最显著的优势是塑性变形能力很好。

镁锂合金是迄今为止合金中最轻的金属结构材料,由于具有低密度、高比强度和比刚度、良好的阻尼性能和抗高能粒子穿透能力,以及可回收性,使其在航空航天、电子工业、通讯制造业和汽车工业上拥有巨大的应用前景。镁锂合金材料可以大幅减轻了卫星重量，显著提高有效载荷，降低发射成本。无以伦比的优势使其在航空航天、兵器军工、电子产品、石油化工、机械仪表、医疗器械、户外器材等军工及民用领域都具有广泛用途。可以预见，镁锂合金在航空航天和武器装备领域的需求将会不断增长，并相继会在民用领域（如汽车、飞机、笔记本、手机、体育器材与用品等）获得大规模应用。

镁锂合金强度很低（屈服强度90-120MPa，抗拉强度140-160MPa，延伸率6-18%），作为结构材料直接使用并不现实。国际上通过合金化技术，凝固方式，以及制备相关的复合材料等手段不断提高合金综合性能和加工技术。现有的具备单相α的镁锂合金力学性能还比较低。严重的制约了该类合金在航空航天，电子，军工上的进一步应用。要进一步扩大镁锂合金的使用范围和市场容纳量，就必须要尽可能的提高该类合金的强度。提高合金强度的办法，可以通过合金化的办法实现，也可以通过后续的热处理和形变来实施。镁锂合金中最常见的合金化方式是加入Al和Zn元素来进一步提高合金的强度。加入的合金元素不仅可以和镁锂基体结合生成金属间化合物来进行第二相强化，也可以通过固溶到hcp或者bcc相中形成固溶强化。目前，国际上还通过添加锡以及稀土元素等来进一步提高合金的综合性能。可以预计通过进一步的优化稀土合金种类和含量，镁锂合金的力学性能还可以进一步大幅度提高。

发明内容

本发明提供了一种具有极高强度的单相α镁锂合金新产品，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。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有极高强度的含单相α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：

一种具有极高强度的含单相α的镁锂合金，按重量百分比计，合金的组成为：Li: 1.0-4.0wt.%，Sn: 1.0-4.0wt.%, Cd: 1.0-3.0wt.%, Ge: 0.2-1.2wt.%, Cu: 0.8-1.2wt.%,Mo: 0.2-0.4wt.%, Ni: 1.2-1.4wt.%, W: 1.0-5.0wt.%，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300度保温4小时；真空时效处理250度保温4小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）提供一种具有极高强度的含单相α的镁锂合金。该变形镁锂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。

（2）相对于传统的镁锂合金，本专利申请保护的新型高强度镁锂合金力学性能提高30%左右。耐较高的使用温度，在100度下使用没有明显的力学性能衰退现象。使得合金在需要器件轻量化的场合有了进一步的具体应用，便于工业化大规模应用。

具体实施方式

实施例1

一种具有极高强度的含单相α的镁锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:3.5wt.%，Sn: 2.3wt.%, Cd: 1.6wt.%, Ge: 1.2wt.%, Cu: 0.9wt.%, Mo: 0.3wt.%, Ni:1.3wt.%, W: 1.4wt.%，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780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780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24%。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300度保温4小时；真空时效处理250度保温4小时。所得镁锂合金的力学性能为：弹性模量为84GPa，屈服强度为132MPa，抗拉强度为185MPa，延伸率为7.3%。耐较高的使用温度，在100度下使用没有明显的力学性能衰退现象。该合金在室温下使用超过2年时间，未见明显的力学性能衰减。

实施例2

一种具有极高强度的含单相α的镁锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:3.2wt.%，Sn: 1.8wt.%, Cd: 2.3wt.%, Ge: 0.4wt.%, Cu: 0.9wt.%, Mo: 0.3wt.%, Ni:1.3wt.%, W: 1.2wt.%，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800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800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23%。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300度保温4小时；真空时效处理250度保温4小时。所得镁锂合金的力学性能为：弹性模量为86GPa，屈服强度为137MPa，抗拉强度为189MPa，延伸率为9.3%。耐较高的使用温度，在100度下使用没有明显的力学性能衰退现象。该合金在室温下使用超过2年时间，未见明显的力学性能衰减。

实施例3

一种具有极高强度的含单相α的镁锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:3.6wt.%，Sn: 2.3wt.%, Cd: 1.4wt.%, Ge: 0.6wt.%, Cu: 0.9wt.%, Mo: 0.3wt.%, Ni:1.3wt.%, W: 1.6wt.%，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28%。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300度保温4小时；真空时效处理250度保温4小时。所得镁锂合金的力学性能为：弹性模量为84GPa，屈服强度为142MPa，抗拉强度为192MPa，延伸率为9.7%。耐较高的使用温度，在100度下使用没有明显的力学性能衰退现象。该合金在室温下使用超过2年时间，未见明显的力学性能衰减。

Claims

1.一种具有极高强度的含单相α的镁锂合金，其特征在于按重量百分比计，合金的组成为：Li: 1.0-4.0wt.%，Sn: 1.0-4.0wt.%, Cd: 1.0-3.0wt.%, Ge: 0.2-1.2wt.%, Cu:0.8-1.2wt.%, Mo: 0.2-0.4wt.%, Ni: 1.2-1.4wt.%, W: 1.0-5.0wt.%，余量为镁。

2.根据权利要求1所述具有极高强度的含单相α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所述具有极高强度的含单相α的镁锂合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：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1小时，轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理300度4小时，真空时效处理250度4小时，然后水淬。