CN113430435A - 一种高性能的双相镁锂合金材料及制备方法 - Google Patents

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范佳
王瑞
韩金强
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Abstract

本发明涉及一种高性能的双相镁锂合金材料及制备方法，本发明的镁锂合金材料按质量百分比，包括以下组成：锂元素：6.0％‑12％，Al元素：2％‑6％，Zn元素：2％‑6％，Cd元素：0.5％‑2％，Zr元素：0.3％‑1.5％，其余为镁元素。本发明的单相镁锂合金材料的力学性能较高，抗拉强度最低为260MPa。

Description

一种高性能的双相镁锂合金材料及制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种高性能的双相镁锂合金材料及制备方法。
背景技术
镁锂合金是目前世界上能够作为工业化应用的最轻的金属结构材料，密度仅为1.35～1.65g/cm3，比铝合金轻1/3～1/2，甚至比普通镁合金还轻1/4～1/3，因此被称为超轻合金。镁锂合金还具有较高的比刚度和比强度，良好的低温韧性、导热性、导电性和延展性，优良的抗震性能以及具有较高的抗高能粒子穿透能力等系列优点，因此其在航空航天、国防军工等诸多领域的应用得到了广泛的关注。轻合金是现代航天装备轻量化的首选材料，高性能轻合金构件制造能力决定航天装备的功能水平及竞争实力，因此超轻镁锂合金在航天领域的应用前景也更加广阔。
但我国镁锂合金起步时间比国外短，基础研究较为薄弱，目前我国使用的镁锂合金抗拉强度仅为160MPa左右，不能满足目前需求。
发明内容
本发明为解决背景技术中存在的技术问题，而提供一种高性能的双相镁锂合金材料及制备方法，其力学性能较高，抗拉强度最低为260MPa。
本发明的技术解决方案是：本发明为一种高性能的双相镁锂合金材料，其特殊之处在于：所述镁锂合金材料按质量百分比，包括以下组成：锂元素：6.0％-12％，Al元素：2％-6％，Zn元素：2％-6％，Cd元素：0.5％-2％，Zr元素：0.3％-1.5％，其余为镁元素。
进一步的，锂元素为纯铝。
进一步的，镁元素为纯镁。
进一步的，Al元素，Zn元素，Cd元素，Zr元素均为纯元素。
一种制备上述的高性能的双相镁锂合金材料的方法，其特殊之处在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)合金配料:按照配合比例配合后熔炼成铸锭，熔炼设备为真空熔炼，合金铸锭含锂：6.0％-12％，Al元素：2％-6％，Zn元素：2％-6％，Cd元素：0.5％-2％，Zr元素：0.3％-1.5％，其余为镁元素；
2)铸锭退火：对高性能的双相镁锂合金锭进行均匀化退火，退火温度：220-350℃，退火时间：8-12小时；
3)锻造。
进一步的，步骤1)中的熔炼工艺如下：炉内真空度保持为60Pa以下，加热功率20-40kw预加热10-25分钟后，加热功率40-50kw加热至溶液全熔，然后在加热功率30-35kw保温30-50分钟，再以加热功率15-25kw降温15-30分钟至浇注温度，然后浇注。
进一步的，步骤中3)锻造的具体步骤如下：
铸锭加热时间：D÷1mm/min(D为铸锭直径，单位mm)；
锻造模具温度：120-260℃；
锻造过程中镦粗比≥4；
锻造火次数≥2次。
本发明的有益效果是：
1)当锂含量在6％-12％时，镁锂合金为α+β相，其力学性能较高，抗拉强度最低为260MPa。
2)为细化镁锂合金的晶粒，在镁锂合金中加入0.5％-2％的Cd元素及0.3％-1.5％Zr元素。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
实施例1
本发明的高性能的双相镁锂合金材料按质量百分比，包括以下组成：镁元素：余量，锂元素：6％，Al元素：2.5％，Zn元素：2.5％，Cd元素:0.8％，Zr元素：0.9％。
其制备方法如下：
1)按照以上配合比例配合后熔炼成铸锭，熔炼工艺如下：熔炼设备为熔炼设备为真空熔炼炉，炉内真空度保持为60Pa以下，加热功率30kw预加热20分钟后，加热功率45kw加热至溶液全熔，然后在加热功率33kw保温40分钟，再以加热功率20kw降温25分钟至浇注温度，然后浇注；
2)铸锭退火：
对对高性能的双相镁锂合金锭进行均匀化退火，退火温度：280℃，退火时间：10小时；
3)锻造：
铸锭加热时间：直径350mm铸锭加热时间350min；
锻造模具温度：220℃；
锻造过程中镦粗比为4.4；
锻造火次数：2次。
得到的高性能的双相镁锂合金材料性能数据(室温拉伸)：
Figure BDA0003126254910000031
其中表中的1为铸锭性能、2为挤压性能、3为挤压退火性能。
实施例2
本发明的高性能的双相镁锂合金材料按质量百分比，包括以下组成：镁元素：余量，锂元素：8％，Al元素：3.0％，Zn元素：3.0％，Cd元素:1.3％，Zr元素：0.6％。
其制备方法如下：
1)按照以上配合比例配合后熔炼成铸锭，熔炼工艺如下：熔炼设备为熔炼设备为真空熔炼炉，炉内真空度保持为60Pa以下，加热功率20kw预加热25分钟后，加热功率40kw加热至溶液全熔，然后在加热功率30kw保温50分钟，再以加热功率25kw降温15分钟至浇注温度，然后浇注；
2)铸锭退火：
对对高性能的双相镁锂合金锭进行均匀化退火，退火温度：230℃，退火时间：12小时；
3)锻造：
铸锭加热时间：直径400mm，铸锭加热时间400min；
锻造模具温度：130℃；
锻造过程中镦粗比为4.6；
锻造火次数：3次。
得到的高性能的双相镁锂合金材料性能数据(室温拉伸)：
Figure BDA0003126254910000041
其中表中的1为铸锭性能、2为挤压性能、3为挤压退火性能。
实施例3
本发明的高性能的双相镁锂合金材料按质量百分比，包括以下组成：镁元素：余量，锂元素：11％，Al元素：3.2％，Zn元素：3.5％，Cd元素:1.8％，Zr元素：1.5％。
其制备方法如下：
1)按照以上配合比例配合后熔炼成铸锭，熔炼工艺如下：熔炼设备为熔炼设备为真空熔炼炉，炉内真空度保持为60Pa以下，加热功率40kw预加热10分钟后，加热功率50kw加热至溶液全熔，然后在加热功率35kw保温35分钟，再以加热功率15kw降温30分钟至浇注温度，然后浇注；
2)铸锭退火：
对对高性能的双相镁锂合金锭进行均匀化退火，退火温度：340℃，退火时间：8小时；
3)锻造：
铸锭加热时间：直径380mm，铸锭加热时间380min.
锻造模具温度：260℃；
锻造过程中镦粗比为4.8；
锻造火次数：3次。
得到的高性能的双相镁锂合金材料性能数据(室温拉伸)：
Figure BDA0003126254910000051
Figure BDA0003126254910000061
其中表中的1为铸锭性能、2为挤压性能、3为挤压退火性能。
本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。
本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。
以上，仅为本发明公开的具体实施方式，但本发明公开的保护范围并不局限于此，本发明公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种高性能的双相镁锂合金材料，其特征在于：所述镁锂合金材料按质量百分比，包括以下组成：锂元素：6.0％-12％，Al元素：2％-6％，Zn元素：2％-6％，Cd元素：0.5％-2％，Zr元素：0.3％-1.5％，其余为镁元素。
2.根据权利要求1所述的高性能的双相镁锂合金材料，其特征在于：所述锂元素为纯铝。
3.根据权利要求1所述的高性能的双相镁锂合金材料，其特征在于：所述镁元素为纯镁。
4.根据权利要求1所述的高性能的双相镁锂合金材料，其特征在于：所述Al元素，Zn元素，Cd元素，Zr元素均为纯以元素。
5.一种制备权利要求1所述的高性能的双相镁锂合金材料的方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)合金配料:按照配合比例配合后熔炼成铸锭，熔炼设备为真空熔炼，合金铸锭含锂：6.0％-12％，Al元素：2％-6％，Zn元素：2％-6％，Cd元素：0.5％-2％，Zr元素：0.3％-1.5％，其余为镁元素；
2)铸锭退火：对高性能的双相镁锂合金锭进行均匀化退火，退火温度：220-350℃，退火时间：8-12小时；
3)锻造。
6.根据权利要求5所述的高性能的双相镁锂合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的熔炼工艺如下：炉内真空度保持为60Pa以下，加热功率20-40kw预加热10-25分钟后，加热功率40-50kw加热至溶液全熔，然后在加热功率30-35kw保温30-50分钟，再以加热功率15-25kw降温15-30分钟至浇注温度，然后浇注。
7.根据权利要求6所述的高性能的双相镁锂合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤中3)锻造的具体步骤如下：
铸锭加热时间：D÷1mm/min(D为铸锭直径，单位mm)；
锻造模具温度：120-260℃；
锻造过程中镦粗比≥4；
锻造火次数≥2次。
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