CN112853181A - 一种高强度铝镁锂合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度铝镁锂合金及其制备方法,属于铝镁锂合金加工技术领域,由如下重量配比的组分组成:锂16‑20%、铝3‑5%、锌0‑5%、银0‑1%、锆0‑0.2%、钙0‑0.1%、稀土元素2‑7%及杂质元素,余量为镁,所述杂质元素的含量不超过0.03%。该种高强度铝镁锂合金采用多种金属合金而成,可有效提高其合金强度;该种高强度铝镁锂合金的制备方法简单,所制备的铝镁锂合金强度高,质量好,适宜于工业大规模推广。
Description
技术领域
本发明属于铝镁锂合金加工技术领域,具体地,涉及一种高强度铝镁锂合金及其制备方法。
背景技术
铝镁锂合金是迄今为止密度最小的合金材料,由金属镁和金属锂为主要元素而制成的镁锂合金,其密度很小,是所有金属结构材料中最轻的,它比普通镁合金轻1/4-1/3,比铝合金轻1/3-1/2,所以镁锂合金也称为超轻合金。镁锂合金具有很高的比强度、比刚度和优良的抗震性能及抗高能粒子穿透能力,在航天、航空、兵器工业、核工业、汽车、3C产业、医疗器械等领域具有巨大的发展潜能。在镁合金中加入铝可以有效地降低液相线的温度,强化效果好,铝在镁中的固溶度大,因此现在也在镁锂合金中加入铝形成铝镁锂合金,以增强镁锂合金的强度。但是铝含量太高的话,合金的气孔量越多,会影响合金质量。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供一种高强度铝镁锂合金及其制备方法,该种高强度铝镁锂合金采用多种金属合金而成,可有效提高其合金强度;该种高强度铝镁锂合金的制备方法简单,所制备的铝镁锂合金强度高,质量好,适宜于工业大规模推广。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案来实现:一种高强度铝镁锂合金,由如下重量配比的组分组成:锂16-20%、铝3-5%、锌0-5%、银0-1%、锆0-0.2%、钙0-0.1%、稀土元素2-7%及杂质元素,余量为镁,所述杂质元素的含量不超过0.03%。锂密度小,重量轻;铝可提高合金强度;锌的熔点较低,可与镁形成时效强化,锌对镁锂合金的塑性损害不大,时效强化效果明显,还能提高合金的应力腐蚀敏感性,从而提高合金的疲劳极限;银可以抑制镁锂合金过时效,时效强化相是两个平衡相镁银-银锂固溶体,不是亚稳相,合金稳定性好;锆可作为合金的晶粒细化剂,可提高合金的力学性能,改善铸态组织;钙在镁合金中具有晶粒细化、熔体阻燃、提高合金的高温蠕变性等作用,而且价格低廉,密度小,提高合金的力学性能;稀土元素通过固溶强化和形成细小弥散的金属间化合物,提高其综合性能,并可通过析出相的热稳定性,改善合金在较高温度下的力学性能,还可以提高镁锂合金的再结晶温度,并促使镁锂合金的时效强化。
进一步地,所述稀土元素由如下重量配比的组分组成:镧45-55份、钕0-2份、铈0-1份及钇45-55份。钕在铝镁锂合金中以Al2Nd相的形式存在,具有显著的晶粒细化作用;铈在铝镁锂合金中以Al2Ce相的形式存在,合金中Al2Ce相呈棒状均匀分布,经挤压变形后,棒状Al2Ce相被破碎称为短棒状并沿挤压方向分布,挤压后的强度和延伸率均得到提高;钇在镁锂合金中除了存在呈长条状分布于基体β相中的α相,还将形成呈网状结构的γ相,在淬火过程中,随着淬火温度的升高,合金中的镁和钇的γ相在β相中的固溶度随之增加,导致硬度增加。
进一步地,所述杂质元素中的铁含量不超过0.002%。
进一步地,所述杂质元素中的镍含量不超过0.005%。铁和镍会降低合金的耐腐蚀性,使合金晶粒颗粒较大。
一种高强度铝镁锂合金的制备方法,包括如下加工步骤:
(1)按质量配比将镁、铝、锌及锂放入熔炉中,将熔炉内温度升至650-750℃,在加热过程中往熔炉内通入保护气体,待金属熔融后加入质量配比的金属银和钙,并将温度升至940-980℃,在此温度下使金属继续熔融,然后将温度继续上升至1450-1500℃,加入金属锆和稀土金属,在此温度下使其熔融,然后将合金液置于模具内成型,将成型后的铝镁锂合金;
(2)将步骤(1)所得的铝镁锂合金进行热水淬火工艺;
(3)将步骤(2)所得的铝镁锂合金进行均匀化处理;
(4)将步骤(3)所得的铝镁锂合金进行轧制。
进一步地,所述步骤(1)中的保护气体是四氟乙烷。四氟乙烷中的氟可以抑制氧化反应,因铝合金表面氧化严重会降低合金强度;而且通入保护气体可使熔炉内的温度分布均匀。
进一步地,所述步骤(2)中的热水温度为65-85℃。采取热水淬火可以提高合金的强度。
进一步地,所述步骤(3)中的均匀化处理温度为320-350℃,处理时间为4-6h。均匀化退火可通过高温下原子的扩散达到成分的均匀,随着均匀化程度的增加,试样中的合金相被溶解,晶内偏析得到消除或减少。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:本发明提供的一种高强度铝镁锂合金及其制备方法,该种高强度铝镁锂合金采用多种金属合金而成,可有效提高其合金强度;该种高强度铝镁锂合金的制备方法简单,所制备的铝镁锂合金强度高,质量好,适宜于工业大规模推广。
具体实施方式
下面结合以下具体实施例,进一步阐述本发明。
实施例1
一种高强度铝镁锂合金,由如下重量配比的组分组成:锂16%、铝3%、锌0.1%、银0.1%、锆0.05%、钙0.01%、稀土元素2%及杂质元素,余量为镁,所述杂质元素的含量不超过0.03%,所述稀土元素由如下重量配比的组分组成:镧45份及钇45份,所述杂质元素中的铁含量不超过0.002%,所述杂质元素中的镍含量不超过0.005%。
一种高强度铝镁锂合金的制备方法,包括如下加工步骤:
(1)按质量配比将镁、铝、锌及锂放入熔炉中,将熔炉内温度升至650℃,在加热过程中往熔炉内通入四氟乙烷气体进行保护,待金属熔融后加入质量配比的金属银和钙,并将温度升至940℃,在此温度下使金属继续熔融,然后将温度继续上升至1450℃,加入金属锆和稀土金属,在此温度下使其熔融,然后将合金液置于模具内成型,将成型后的铝镁锂合金;
(2)将步骤(1)所得的铝镁锂合金进行热水淬火工艺,所述热水温度为65℃;
(3)将步骤(2)所得的铝镁锂合金进行均匀化处理,处理温度为320℃,处理时间为4h;
(4)将步骤(3)所得的铝镁锂合金进行轧制。
实施例2
一种高强度铝镁锂合金,由如下重量配比的组分组成:锂20%、铝5%、锌5%、银1%、锆0.2%、钙0.1%、稀土元素7%及杂质元素,余量为镁,所述杂质元素的含量不超过0.03%,所述稀土元素由如下重量配比的组分组成:镧55份、钕2份、铈1份及钇55份,所述杂质元素中的铁含量不超过0.002%,所述杂质元素中的镍含量不超过0.005%。
一种高强度铝镁锂合金的制备方法,包括如下加工步骤:
(1)按质量配比将镁、铝、锌及锂放入熔炉中,将熔炉内温度升至750℃,在加热过程中往熔炉内通入四氟乙烷气体进行保护,待金属熔融后加入质量配比的金属银和钙,并将温度升至980℃,在此温度下使金属继续熔融,然后将温度继续上升至1500℃,加入金属锆和稀土金属,在此温度下使其熔融,然后将合金液置于模具内成型,将成型后的铝镁锂合金;
(2)将步骤(1)所得的铝镁锂合金进行热水淬火工艺,所述热水温度为85℃;
(3)将步骤(2)所得的铝镁锂合金进行均匀化处理,处理温度为350℃,处理时间为6h;
(4)将步骤(3)所得的铝镁锂合金进行轧制。
实施例3
一种高强度铝镁锂合金,由如下重量配比的组分组成:锂18%、铝4%、锌2.5%、银0.5%、锆0.1%、钙0.05%、稀土元素4.5%及杂质元素,余量为镁,所述杂质元素的含量不超过0.03%,所述稀土元素由如下重量配比的组分组成:镧50份、钕1份、铈0.5份及钇50份,所述杂质元素中的铁含量不超过0.002%,所述杂质元素中的镍含量不超过0.005%。
一种高强度铝镁锂合金的制备方法,包括如下加工步骤:
(1)按质量配比将镁、铝、锌及锂放入熔炉中,将熔炉内温度升至700℃,在加热过程中往熔炉内通入四氟乙烷气体进行保护,待金属熔融后加入质量配比的金属银和钙,并将温度升至960℃,在此温度下使金属继续熔融,然后将温度继续上升至1470℃,加入金属锆和稀土金属,在此温度下使其熔融,然后将合金液置于模具内成型,将成型后的铝镁锂合金;
(2)将步骤(1)所得的铝镁锂合金进行热水淬火工艺,所述热水温度为75℃;
(3)将步骤(2)所得的铝镁锂合金进行均匀化处理,处理温度为335℃,处理时间为5h;
(4)将步骤(3)所得的铝镁锂合金进行轧制。
实施例4
本实施例为实施例3的对比例,其中合金中不含金属锌,其它金属含量及配比及制备方法均与实施例3相同。
实施例5
本实施例为实施例3的对比例,其中合金中不含金属银,其它金属含量及配比及制备方法均与实施例3相同。
实施例6
本实施例为实施例3的对比例,其中合金中不含金属锆,其它金属含量及配比及制备方法均与实施例3相同。
实施例7
本实施例为实施例3的对比例,其中合金中不含金属钙,其它金属含量及配比及制备方法均与实施例3相同。
实施例8
本实施例为实施例3的对比例,其中合金中不含稀土金属,其它金属含量及配比及制备方法均与实施例3相同。
性能测试
为了验证本发明所述的铝镁锂合金具有较高的强度,检测实施例1-8所制得的合金的机械性能,具体结果如下表1所示。
表1性能测试结果
检测项目 | 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率/% |
实施例1 | 294 | 198 | 11 |
实施例2 | 321 | 218 | 18 |
实施例3 | 310 | 232 | 14 |
实施例4 | 306 | 223 | 13.5 |
实施例5 | 307 | 225 | 13.6 |
实施例6 | 306 | 224 | 13.5 |
实施例7 | 303 | 221 | 13.1 |
实施例8 | 301 | 218 | 12.4 |
由以上结果可知,采用该种制备方法所制得的铝镁锂合金具有较高的强度,机械性能好,适宜于工业大规模推广使用。
以上所述仅是本发明的几个实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高强度铝镁锂合金,其特征在于:由如下重量配比的组分组成:锂16-20 %、铝3-5 %、锌0-5 %、银0-1 %、锆0-0.2 %、钙0-0.1 %、稀土元素2-7 %及杂质元素,余量为镁,所述杂质元素的含量不超过 0.03 %。
2.根据权利要求1所述的一种高强度铝镁锂合金,其特征在于:所述稀土元素由如下重量配比的组分组成:镧45-55 份、钕0-2份、铈0-1份及钇45-55份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度铝镁锂合金,其特征在于:所述杂质元素中的铁含量不超过0.002 %。
4.根据权利要求1所述的一种高强度铝镁锂合金,其特征在于:所述杂质元素中的镍含量不超过0.005 %。
5.一种高强度铝镁锂合金的制备方法,制备如权利要求1-4任一项所述的一种高强度铝镁锂合金,其特征在于:包括如下加工步骤:
(1)按质量配比将镁、铝、锌及锂放入熔炉中,将熔炉内温度升至650-750 ℃,在加热过程中往熔炉内通入保护气体,待金属熔融后加入质量配比的金属银和钙,并将温度升至940-980 ℃,在此温度下使金属继续熔融,然后将温度继续上升至1450-1500 ℃,加入金属锆和稀土金属,在此温度下使其熔融,然后将合金液置于模具内成型,将成型后的铝镁锂合金;
(2)将步骤(1)所得的铝镁锂合金进行热水淬火工艺;
(3)将步骤(2)所得的铝镁锂合金进行均匀化处理;
(4)将步骤(3)所得的铝镁锂合金进行轧制。
6.根据权利要求5所述的一种高强度铝镁锂合金的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的保护气体是四氟乙烷。
7.根据权利要求5所述的一种高强度铝镁锂合金的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的热水温度为65-85 ℃。
8.根据权利要求5所述的一种高强度铝镁锂合金的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中的均匀化处理温度为320-350 ℃,处理时间为4-6 h。
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