CN113667872A - 一种Ho强化镁锂合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Ho强化镁锂合金及其制备方法，其化学成分按照质量百分比为：Li5‑11％、Ho:0.5‑6.0％、Al:0‑6.0％，其余为Mg和不可避免的杂质。其制备方法包括如下步骤：a.熔炼，b.固溶处理，c.变形，d.退火处理。本专利调控Li元素含量，设计双相组织，加入Al和Ho元素，即可生成沉淀相强化，同时Ho元素又可以调控层错能，随后通过热处理调控基体相α和β的体积分数，和进行冷变形通过相变，进一步调控两相的形态，尺寸，体积分数和热力学稳定性，使合金在变形过程中，通过可以通过相变(α和β之间的相变)和沉淀相的协同作用获得高的力学性能。

Description

一种Ho强化镁锂合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，涉及一种Ho强化镁锂合金及其制备方法，尤其是涉及一种添加了Ho元素的镁锂合金的成分设计及其熔炼，均匀化和变形等制备工艺方法。
背景技术
镁合金作为目前最轻的工程金属材料，具有比强度、比刚度高,阻尼减振性好，电磁屏蔽和导热性能强，易切削加工和易于回收等一系列优点，在航空航天、汽车和计算机、通信、消费类电子等现代工业中有着广泛的应用背景。但是，由于镁合金密排六方的结构特点，导致其滑移系少，强度低、塑性差，这些原因严重限制了镁合金在生产生活中的广泛应用。因此，提高镁合金的塑性和强度是发展镁合金材料的重要课题。
为了提高镁合金的力学性能，通常加入合金元素锂、铝和稀土等元素，锂元素的加入可以降低c/a的轴比，增加镁合金的非基面滑移能力，增加合金塑形同时又可以降低镁合金的密度，随着Li含量的变化，镁锂合金的基体相组成也会发生变化。在Li含量低于5wt.％时Mg-Li合金仍为与常规Mg合金一致的HCP晶体结构，此时Li固溶于Mg中形成α相固溶体。当Li含量高于11wt.％时为与Li一致的BCC晶体结构，此时为Mg固溶于Li中形成β相固溶体。而当Li的含量介于5wt.％到11wt.％时，α相固溶体与β相固溶体共存，由于β相为软相，Li的加入可以明显地提高Mg合金的塑性，但是同时降低了合金的强度。在目前主要合金设计手段是通过加入合金元素形成稳定性好的第二相同时达到细化晶粒的目的比如专利(CN201410438446.2,一种镁-锂-铝-钕合金)。但是这些设计手段提升强度的同时会伴随着塑形的损失。因此想要获得强度塑形同时提升的合金，需要在Mg-Li合金的基础上，通过控制Li的含量，设计双相组织，Al元素的加入可以通过沉淀强化增加合金强度。Ho元素既能与Li和Al反应生成热稳定的金属间化合物提升强度。更重要的是Ho可以通过调控层错能，使合金在变形过程中，通过相变达到增加强度和塑形的目的，获得优异的合金性能。通常情况下，合金强度的增加往往会伴随塑性的下降，因此很难同时获得高强度和高塑性的镁合金。大多数文章和专利往往都是通过加入稀土元素，利用沉淀相强化合金强度，但是同时也会导致合金塑形的下降，从而导致差的力学性能。
本专利克服合金强度的增加的同时伴随塑性的下降的现象，通过合理的成分设计和热处理和变形工艺，调控Li元素含量，设计双相基体组织，加入Al和Ho元素，即可生成沉淀相强化，同时Ho元素又可以调控层错能，随后通过热处理调控基体相α和β的体积分数，和进行冷变形通过相变，进一步调控两相的形态，尺寸，体积分数和热力学稳定性，使合金在变形过程中，通过可以通过相变(α和β之间的相变)和沉淀相的协同作用获得高的力学性能。
发明内容
本发明是为提供一种高强高塑性的合金而提出了一种Ho强化镁锂合金及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种Ho强化镁锂合金，其化学成分为(质量百分比)：Li 5-11％、Ho:0.5-6.0％、Al:0-6.0％，其余为Mg和不可避免的杂质。
上述含Ho镁锂合金的制备方法，包括如下步骤：a.熔炼，b.固溶处理，c.变形，d.退火处理。
a.熔炼：按照质量百分比组成为:Li 5-11％、Ho:0.5-6.0％、Al:0-6.0％，其余为Mg和不可避免的杂质，在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后浇铸合金锭或直接浇铸成铸件。
b.固溶处理：将上述合金铸锭在350-550℃下固溶处理0.5-5h。
c.变形：变形温度范围为180℃-320℃，总变形率20-90％，可进行多次变形，随后空冷。随后进行冷轧，总变形率20-90％，
d.退火处理：温度范围为150℃-300℃，退火时间范围为0.1-10h
本发明相比现有技术具有以下有益效果：
与现有Mg-Li-Al系合金相比，本发明在Mg-Li-Al系合金基础上加入稀土元素Ho，经过随后的热处理和热机械变形，Mg-Li-Al-Ho合金室温力学性能会显著提升，原因主要是以下几方面。首先，Li原子的加入可以调节镁锂合金基体的相组成，通过引入双相基体组织，增加了合金的塑形，同时也为后续的相变提供了双相组织的前提。其次，Al原子与Ho，Li和Mg原子形成沉淀相，通过沉淀强化增加合金强度。再次，Ho原子的加入，既可以起到沉淀强化作用又可以调控基体层错能，使合金在变形过程中，通过相变同时增加合金的强度和塑形，因此Ho的加入能够有效调控合金力学性能。终上所述，加入Ho元素并经过相应的热处理能够进一步提高Mg-Li-Al系合金的力学性能，可以达到同时获得高强高塑性的合金。
附图说明
图1为铸造态Mg-Li-Al-Ho的工程应力应变曲线；
图2为450℃热处理3h Mg-Li-Al-Ho的工程应力应变曲线；
图3为250℃热轧80％Mg-Li-Al-Ho的工程应力应变曲线；
图4为250℃热轧80％随后冷轧的显微组织；
图5为冷轧后200℃退火2h的显微组织；
图6位变形态Mg-8Li-3Al-3Ho合金的工程应力应变曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明申请作进一步的说明：
实施例1
本实施例中的镁锂合金化学成分，按质量百分比为：3％Ho、8％Li、3％Al，其余为Mg和不可避免的杂质。在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后浇铸合金锭或直接浇铸成铸件。其室温力学性能经测试：抗拉强度为170MPa，屈服强度为121MPa，延伸率为20％。
实施例2
本实施例中的镁锂合金化学成分，按质量百分比为：3％Ho，8％Li、3％Al，其余为Mg和不可避免的杂质。在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后浇铸合金锭或直接浇铸成铸件。随后在450℃固溶处理2h，其室温力学性能经测试：抗拉强度为229MPa，屈服强度为182MPa，延伸率为17％。
实施例3
本实施例中的镁锂合金化学成分，按质量百分比为：3％Ho、8％Li、3％Al，其余为Mg和不可避免的杂质。在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后浇铸合金锭或直接浇铸成铸件。450℃固溶处理2h随后进行200℃时效24h，随后，250℃热轧80％，经测试，其室温力学性能为抗拉强度为252MPa，屈服强度为240MPa，延伸率为18％。
实施例4
本实施例中的镁锂合金化学成分，按质量百分比为：3％Ho、8％Li、3％Al，其余为Mg和不可避免的杂质。在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后浇铸合金锭或直接浇铸成铸件。随后在450℃固溶处理3h，随后进行200℃时效24h，然后在250℃轧制，总变形量80％，随后冷轧50％然后经测试，其室温力学性能为抗拉强度为320MPa，延伸率为25％。
实施例5
在案例4的基础上，200℃退火1h，随后淬火，然后经测试，其室温力学性能为抗拉强度为264MPa，延伸率为30％。
综上所述：本发明公开了一种Ho强化镁锂合金及其制备方法，其化学成分按照质量百分比为：Li 5-11％、Ho:0.5-6.0％、Al:0-6.0％，其余为Mg和不可避免的杂质。其制备方法包括如下步骤：a.熔炼，b.固溶处理，c.变形，d.退火处理。其制备方法为按照合金元素设计成分配料后，在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后铸造合金锭或直接浇铸成铸件，随后按照实际需求选择性进行固溶、变形、退火处理。本专利克服合金强度的增加的同时伴随塑性的下降的现象，通过合理的成分设计和热处理和变形工艺，通过在双相Mg-Li系镁合金力学性能的基础上，调控Li元素含量，设计双相组织，加入Al和Ho元素，即可生成沉淀相强化，同时Ho元素又可以调控层错能，随后通过热处理调控基体相α和β的体积分数，和进行冷变形通过相变，进一步调控两相的形态，尺寸，体积分数和热力学稳定性，使合金在变形过程中，通过可以通过相变(α和β之间的相变)和沉淀相的协同作用获得高的力学性能。

Claims (6)

1.一种Ho强化镁锂合金，其特征是，质量百分比组成为:Li 5-11％、Ho:0.5-6.0％、Al:0-6.0％，其余为Mg和不可避免的杂质，在真空或保护气氛条件下进行熔炼，然后浇铸合金锭或直接浇铸成铸件。
2.如权利要求1所述的一种Ho强化镁锂合金的其制备方法，其特征是，按照合金元素设计成分配料后，在真空或保护气氛条件下进行熔炼，铸造合金锭或直接浇铸成铸件。
3.如权利要求2所述的一种Ho强化镁锂合金的其制备方法，其特征是，还包括如下步骤：固溶处理、变形、退火处理。
4.如权利要求3所述的一种Ho强化镁锂合金的其制备方法，其特征是，所述固溶处理具体为将上述合金铸锭在350-550℃下固溶处理0.5-5h。
5.如权利要求3一种Ho强化镁锂合金的其制备方法，其特征是，所述变形的温度范围为180℃-320℃，总变形率20-90％，进行多次变形，随后空冷，随后进行冷轧，总变形率20-90％。
6.如权利要求3一种Ho强化镁锂合金的其制备方法，其特征是，所述的退货处理的温度范围为150℃-300℃，退火时间范围为0.1-10h。
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