CN107779708B - 一种高强度超轻镁锂合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度超轻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：5‑9wt.％、Nd：4‑6wt.％、Ni：2‑4wt.％、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和轧制，轧制的道次数n≥2，压下量为50％‑90％。本发明通过向镁锂合金中加入特定比例的合金化元素Nd、Ni和Mn，再通过真空铸造和多道次轧制加工，在镁锂合金中形成了一种新型强化相Mg12Nd1Ni1，并得到了均匀细小的晶粒组织。通过这两方面的共同作用，获得一种密度为1.2‑1.5g/cm3、抗拉强度为270‑310MPa、延伸率为16％‑23％的高强度超轻镁锂合金。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金及其制备方法，尤其涉及一种高强度超轻镁锂合金及其制备方法，属于合金技术领域。
背景技术
镁锂合金是最轻的金属结构材料，具有低密度、高比强度、高比刚度、突出的减震性能和优异的电磁屏蔽性能，在航空航天、武器装备以及电子3C等领域中表现出了广阔的应用前景。然而，绝对强度低限制了超轻镁锂合金的进一步应用。因此，研制出高强度镁锂合金材料来满足实际生产中对高性能结构减重材料的迫切需求显得尤为重要。
现有技术中关于高强度镁锂合金材料的报道已有很多，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。
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，提出了一种高强度超轻的镁锂合金。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高强度超轻镁锂合金，所述镁锂合金由以下质量百分比的成分组成：Li：5-9wt.％、Nd：4-6wt.％、Ni：2-4wt.％、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高强度超轻镁锂合金的制备方法，所述制备方法主要包括铸造和轧制，所述轧制的道次数n≥2，压下量为50％-90％。
在上述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法中，所述铸造是以纯Mg、纯Li、纯Ni、纯Mn以及Mg-Nd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。
在上述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法中，所述真空熔炼的温度为680℃-750℃。
在上述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法中，所述轧制前先对铸造得到的铸态镁锂合金进行均匀化处理，均匀化处理的温度为200℃-240℃，保温时间为8-10小时，冷却方式为水冷或空冷。
在上述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法中，第一道次轧制的温度为220℃-250℃，压下量为30-35％；第二道次轧制的温度为230℃-260℃，压下量为15-25％。
在上述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法中，轧制的道次之间进行退火处理。
在上述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法中，第二道次轧制前先进行退火处理，退火处理的温度为230℃-260℃，时间为20-40分钟。
在多道次轧制过程中，第n(n>2)道次轧制可类比于第二道次轧制，但是轧制的温度可以适当增加，压下量可适当减小，道次间的退火处理的温度可适当增加，退火的时间可适当延长。
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Nd、Ni和Mn，通过真空铸造和多道次轧制，在镁锂合金中形成了一种新型强化相Mg12Nd1Ni1，并且得到了均匀细小的晶粒。通过这两方面的共同作用，获得了一种高强度超轻镁锂合金，该镁锂合金的密度为1.2-1.5g/cm3，抗拉强度为270-310MPa，延伸率为16％-23％。
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。
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：9.0wt.％，Nd：4.0wt.％，Ni：2.2wt.％，Mn：1.0wt.％，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Ni、纯Mn以及Mg-Nd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。
合金的轧制工艺如下：
本实施例选择2道次轧制加工。
轧制前将铸钛镁锂合金进行均匀化处理，均匀化处理的温度为200℃，保温时间10小时，冷却方式为空冷。
第一道次轧制：轧制温度为220℃，压下量为30％。
道次间退火处理工艺：退火温度为230℃，退火时间20分钟。
第二道次扎制：轧制温度为230℃，压下量为20％。
通过以上方法可得到一种高强度超轻镁锂合金，图1为本实施例制得的高强度超轻镁锂合金的显微组织图，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Mg12Nd1Ni1。其主要的性能如表1所示。
表1：镁锂合金的主要性能
| 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 延伸率(％) |
| 1.2 | 253 | 270 | 23 |
实施例2：
合金的化学成分(质量百分比)为：Li：6.0wt.％，Nd：5.0wt.％，Ni：2.0wt.％，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Ni、纯Mn以及Mg-Nd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。
合金的轧制工艺如下：
本实施例选择2道次轧制加工。
轧制前将铸钛镁锂合金进行均匀化处理，均匀化处理的温度为230℃，保温时间10小时，冷却方式为水冷。
第一道次轧制：轧制温度为250℃，压下量为35％。
道次间退火处理工艺：退火温度为260℃，退火时间30分钟。
第二道次扎制：轧制温度为260℃，压下量为25％。
通过以上方法可得到一种高强度超轻镁锂合金，其主要的力学性能如表2所示。
表2：镁锂合金的主要性能
| 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 屈服强度(MPa) | 抗拉强(MPa) | 延伸率(％) |
| 1.46 | 261 | 289 | 18 |
实施例3：
合金的化学成分(质量百分比)为：Li：5.0wt.％，Nd：6.0wt.％，Ni：4.0wt.％，Mn：2.0wt.％，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Ni、纯Mn以及Mg-Nd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。
合金的轧制工艺如下：
本实施例选择4道次轧制加工。
轧制前将铸钛镁锂合金进行均匀化处理，均匀化处理的温度为240℃，保温时间8小时，冷却方式为空冷。
第一道次轧制：轧制温度为240℃，压下量为35％。
道次间退火处理工艺：退火温度为250℃，退火时间30分钟。
第二道次扎制：轧制温度为250℃，压下量为25％。
道次间退火处理工艺：退火温度为260℃，退火时间40分钟。
第三道次扎制：轧制温度为260℃，压下量为20％。
道次间退火处理工艺：退火温度为260℃，退火时间40分钟。
第四道次扎制：轧制温度为260℃，压下量为10％。
通过以上方法可得到一种高强度超轻镁锂合金，其主要的力学性能如表3所示。
表3：镁锂合金的主要性能
| 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 屈服强度(MPa) | 抗拉强(MPa) | 延伸率(％) |
| 1.5 | 286 | 310 | 16 |
实施例4：
合金的化学成分(质量百分比)为：Li：8.2wt.％，Nd：5.0wt.％，Ni：3.2wt.％，Mn：2.0wt.％，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Ni、纯Mn以及Mg-Nd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700℃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。
合金的轧制工艺如下：
本实施例选择3道次轧制加工。
轧制前将铸钛镁锂合金进行均匀化处理，均匀化处理的温度为220℃，保温时间9小时，冷却方式为水冷。
第一道次轧制：轧制温度为220℃，压下量为33％。
道次间退火处理工艺：退火温度为240℃，退火时间30分钟。
第二道次扎制：轧制温度为240℃，压下量为15％。
道次间退火处理工艺：退火温度为250℃，退火时间40分钟。
第三道次扎制：轧制温度为250℃，压下量为12％。
通过以上方法可得到一种高强度超轻镁锂合金，其主要的力学性能如表4所示。
表4：镁锂合金的主要性能
| 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 屈服强度(MPa) | 抗拉强(MPa) | 延伸率(％) |
| 1.28 | 265 | 282 | 22 |
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 (9)
1.一种高强度超轻镁锂合金，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：5-9wt.％、Nd：4-6wt.％、Ni：2-4wt.％、Mn：1-2wt.％，余量为Mg以及不可避免的杂质元素，所述镁锂合金中含有强化相Mg12Nd1Ni1。
2.根据权利要求1所述的一种高强度超轻镁锂合金，其特征在于，所述不可避免的杂质元素的总量≤0.03％。
3.一种如权利要求1或2所述的高强度超轻镁锂合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法主要包括铸造和轧制，所述轧制的道次数n≥2，压下量为50％-90％。
4.根据权利要求3所述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法，其特征在于，所述铸造是以纯Mg、纯Li、纯Ni、纯Mn以及Mg-Nd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。
5.根据权利要求4所述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法，其特征在于，所述真空熔炼的温度为680℃-750℃。
6.根据权利要求4所述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法，其特征在于，所述轧制前先对铸造得到的铸态镁锂合金进行均匀化处理，均匀化处理的温度为200℃-240℃，保温时间为8-10小时。
7.根据权利要求3所述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法，其特征在于，第一道次轧制的温度为220℃-250℃，压下量为30-35％；第二道次轧制的温度为230℃-260℃，压下量为15-25％。
8.根据权利要求3所述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法，其特征在于，轧制的道次之间进行退火处理。
9.根据权利要求8所述的一种高强度超轻镁锂合金的制备方法，其特征在于，第二道次轧制前先进行退火处理，退火处理的温度为230℃-260℃，时间为20-40分钟。
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