CN112853181B - 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

一种高强度铝镁锂合金及其制备方法
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 (4)

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 %；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；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 %；
所述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。
2.根据权利要求1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。
3.根据权利要求1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 ℃。
4.根据权利要求1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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