CN107779707B - 一种抗冲击的镁锂合金及其制备方法 - Google Patents

一种抗冲击的镁锂合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗冲击的镁锂合金及其制备方法，该镁锂合金的组成成分及其质量百分含量为：Li：3‑9wt.％，Gd：6‑9wt.％，Al：3‑6wt.％，Mn：1‑2wt.％，余量为Mg以及不可避免的杂质元素。其制备方法主要包括铸造、均匀化处理和热挤压加工。本发明通过向镁锂合金中加入特定的合金化元素Al、Gd和Mn，再通过真空铸造和热挤压加工，在镁锂合金中形成了一种新型强化相Mg29Al3Gd4，该强化相能够显著增强超轻镁锂合金的抗冲击特性，从而获得密度为1.3‑1.6g/cm3，在800s‑1‑3000s‑1冲击载荷作用下的抗压强度为280‑330MPa，断裂应变为60％‑80％的镁锂合金。

Description

一种抗冲击的镁锂合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种合金及其制备方法，尤其涉及一种抗冲击的镁锂合金及其制备方法，属于合金技术领域。
背景技术
作为最轻的金属结构材料，镁锂合金不仅具有高的比强度和比刚度，而且还具有减震抗噪、电子屏蔽以及抗高能粒子穿透等特点。近年来，凭借着独特的性能优势，镁锂合金在航空航天、武器装备、电子3C等领域中的应用范围不断扩大，服役环境也在不断发生改变。该合金在实际应用过程中难免会受到外界物体的高速撞击(即冲击载荷作用)。因此，亟需研制出一种抗冲击的超轻镁锂合金。
现有技术中关于镁锂合金的报道很多，如中国发明专利(公开号：CN103290284A)公开了一种高强度镁锂合金及其制备方法，该专利通过添加特定组成的RY、Zn等合金化元素形成金属间化合物来强化合金，制得的镁锂合金在室温下抗拉强度为220-260MPa，延伸率为15-25％。又如中国发明专利(公开号：CN103290286A)公开了一种铸态高强韧镁锂合金及其制备方法，该专利中通过复合添加Y和Nd两种元素提高镁锂合金的强度，制得的镁锂合金抗拉强度为215-255MPa，延伸率为12-17％。又如中国发明专利(公开号：106811640A)公开了一种新型超轻高强高塑镁锂合金及其制备方法，该专利通过合理选择合金元素，将长周期结构相引入高Li含量镁锂合金基体中，制备出抗拉强度为180-320MPa、延伸率大于40％、密度为1.1-1.6g/cm3的镁锂合金。这些镁锂合金虽然均具备高强度、低密度的特点，但均没有抗冲击性的研究报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种抗冲击的镁锂合金。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种抗冲击的镁锂合金，所述镁锂合金的组成成分及其质量百分含量为：Li：3-9wt.％，Gd：6-9wt.％，Al：3-6wt.％，Mn：1-2wt.％，余量为Mg以及不可避免的杂质元素；其中，不可避免杂质元素主要为Fe、Cu、Si等，总量≤0.03％。
本发明另一个目的在于提供上述抗冲击的镁锂合金的制备方法，所述制备方法主要包括铸造、均匀化处理和热挤压加工；
其中，所述热挤压加工的挤压温度为250-300℃，挤压速率为1.0-1.5m/min，挤压比为18％-26％。
在上述的一种抗冲击的镁锂合金的制备方法中，所述铸造是以纯Mg、纯Li、纯Al、纯Mn以及Mg-Gd中间合金为原料，按照镁锂合金的质量百分含量混合，在惰性气体的保护下进行真空熔炼得到合金液，再浇铸到模具中冷却得到铸态镁锂合金。
在上述的一种抗冲击的镁锂合金的制备方法中，所述真空熔炼的温度为680℃-750℃。
在上述的一种抗冲击的镁锂合金的制备方法中，所述均匀化处理的均匀化温度为200℃-240℃，保温时间为8-10小时，冷却方式为水冷或空冷。
与现有技术相比，本发明通过向镁锂合金中加入特定的合金化元素Al、Gd和Mn，通过真空铸造和热挤压加工，在镁锂合金中形成了一种新型强化相Mg29Al3Gd4，该强化相能够显著增强超轻镁锂合金的抗冲击特性，从而获得密度为1.3-1.6g/cm3，在800s-1-3000s-1冲击载荷作用下的抗压强度为280-330MPa，断裂应变为60％-80％的镁锂合金。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的镁锂合金的显微组织图；其中(a)为Mg29Al3Gd4相的显微组织照片，(b)为Mg29Al3Gd4相的选区电子衍射照片。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
合金的化学成分(质量百分比)为：Li：5wt.％，Gd：6wt.％，Al：3wt.％，Mn：1.2wt.％，不可避免的渗入Fe、Cu、Si等杂质的总量小于0.03％，其余为Mg。
合金的铸造工艺如下：
首先按配比称料，将纯Mg、纯Li、纯Al、纯Mn以及Mg-Gd中间合金加入到真空感应熔炼炉中，抽真空至0.01MPa，然后通入氩气进行保护。将坩埚逐渐升温至720℃进行熔炼，熔炼后将合金液浇铸到水冷模具中进行冷却，得到铸态镁锂合金。
合金的均匀化处理和热挤压加工工艺如下：
将所得的铸态镁锂合金进行240℃×8h的均匀化处理，冷却方式为水冷。然后对镁锂合金进行热挤压加工，热挤压温度为280℃，挤压速率为1.2m/min，挤压比为18％。
图1为本实施例制得的抗冲击的镁锂合金的显微组织图，其中(a)为Mg29Al3Gd4相的显微组织照片，(b)为Mg29Al3Gd4相的选区电子衍射照片，从图1可知，本实施例制得的镁锂合金中形成了一种新型强化相Mg29Al3Gd4，得到的抗冲击的超轻镁锂合金材料的密度为1.4g/cm3，其在不同冲击加载条件下的力学性能如表1所示。
表1：合金在不同冲击加载条件下的力学性能
实施例2：
合金的化学成分(质量百分比)为：Li：3wt.％，Gd：7.2wt.％，Al：3wt.％，Mn：1.5wt.％，不可避免的渗入Fe、Cu、Si等杂质的总量小于0.03％，其余为Mg。
合金的铸造工艺如下：
首先按配比称料，将纯Mg、纯Li、纯Al、纯Mn以及Mg-Gd中间合金加入到真空感应熔炼炉中，抽真空至0.01MPa，然后通入氩气进行保护。将坩埚逐渐升温至750℃进行熔炼，熔炼后将合金液浇铸到水冷模具中进行冷却，得到铸态镁锂合金。
合金的均匀化处理和热挤压加工工艺如下：
将所得的铸态镁锂合金进行240℃×10h的均匀化处理，冷却方式为水冷。然后对镁锂合金进行热挤压加工，热挤压温度为300℃，挤压速率为1.0m/min，挤压比为26％。
通过以上方法得到一种抗冲击的超轻镁锂合金材料，其密度为1.55g/cm3，其在不同冲击加载条件下的力学性能如表2所示。
表2：合金在不同冲击加载条件下的力学性能
实施例3：
合金的化学成分(质量百分比)为：Li：8wt.％，Gd：8wt.％，Al：4wt.％，Mn：1wt.％，不可避免的渗入Fe、Cu、Si等杂质的总量小于0.03％，其余为Mg。
合金的铸造工艺如下：
首先按配比称料，将纯Mg、纯Li、纯Al、纯Mn以及Mg-Gd中间合金加入到真空感应熔炼炉中，抽真空至0.01MPa，然后通入氩气进行保护。将坩埚逐渐升温至680℃进行熔炼，熔炼后将合金液浇铸到水冷模具中进行冷却，得到铸态镁锂合金。
合金的均匀化处理和热挤压加工工艺如下：
将所得的铸态镁锂合金进行220℃×10h的均匀化处理，冷却方式为水冷。然后对镁锂合金进行热挤压加工，热挤压温度为250℃，挤压速率为1.2m/min，挤压比为26％。
通过以上方法得到一种抗冲击的超轻镁锂合金材料，其密度为1.43g/cm3，其在不同冲击加载条件下的力学性能如表3所示。
表3：合金在不同冲击加载条件下的力学性能
实施例4：
合金的化学成分(质量百分比)为：Li：9wt.％，Gd：9wt.％，Al：6wt.％，Mn：2wt.％，不可避免的渗入Fe、Cu、Si等杂质的总量小于0.03％，其余为Mg。
合金的铸造工艺如下：
首先按配比称料，将纯Mg、纯Li、纯Al、纯Mn以及Mg-Gd中间合金加入到真空感应熔炼炉中，抽真空至0.01MPa，然后通入氩气进行保护。将坩埚逐渐升温至750℃进行熔炼，熔炼后将合金液浇铸到水冷模具中进行冷却，得到铸态镁锂合金。
合金的均匀化处理和热挤压加工工艺如下：
将所得的铸态镁锂合金进行200℃×10h的均匀化处理，冷却方式为水冷。然后对镁锂合金进行热挤压加工，热挤压温度为250℃，挤压速率为1.5m/min，挤压比为25％。
通过以上方法得到一种抗冲击的超轻镁锂合金材料，其密度为1.3g/cm3，其在不同冲击加载条件下的力学性能如表4所示。
表4：合金在不同冲击加载条件下的力学性能
鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-4作为代表说明本发明申请优异之处。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种抗冲击的镁锂合金，其特征在于，所述镁锂合金的组成成分及其质量百分含量为：Li：3-9wt.％，Gd：6-9wt.％，Al：3-6wt.％，Mn：1-2wt.％，余量为Mg以及不可避免的杂质元素；
所述镁锂合金通过铸造、均匀化处理和热挤压加工制备得到，所述镁锂合金中具有强化相Mg29Al3Gd4，其中，所述热挤压加工的挤压温度为250-300℃，挤压速率为1.0-1.5m/min，挤压比为18％-26％，所述均匀化处理的均匀化温度为200℃-240℃，保温时间为8-10小时，冷却方式为水冷或空冷，所述铸造是以纯Mg、纯Li、纯Al、纯Mn以及Mg-Gd中间合金为原料，按照镁锂合金的质量百分含量混合，在惰性气体的保护下进行真空熔炼得到合金液，再浇铸到模具中冷却得到铸态镁锂合金，所述真空熔炼的温度为680℃-750℃。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲击的镁锂合金，其特征在于，所述不可避免的杂质元素的总量≤0.03％。
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