CN114277295A

CN114277295A - 一种弱基面织构高强度镁锂合金及其制备方法

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Publication number: CN114277295A
Application number: CN202111444890.1A
Authority: CN
Inventors: 翁康荣; 范宇恒; 董祥雷; 郭春文; 李永刚; 李婧婷; 赵红亮
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2041-11-30
Also published as: CN114277295B

Abstract

本发明公开了一种弱基面织构高强度镁锂合金及其制备方法，由以下质量百分比的组分组成：Li：1‑5%，Ca：0.3‑0.6%，Ce：0.1‑0.2%，Y：0.1‑0.2%，杂质元素总量≤0.2%，余量为Mg。本发明通过合金化、轧制和热处理，实现弱化镁锂合金基面织构的同时又能提升镁锂合金的强度。

Description

一种弱基面织构高强度镁锂合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其是涉及一种弱基面织构高强度镁锂合金及其制备方法。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度高、阻尼抗震性好等优点，在汽车、国防军工、航空航天、电子等工业领域有着十分广泛的应用前景，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。通过向镁合金中添加Li进行合金化，能够进一步降低其密度，因此镁锂合金在航空航天等对轻量化要求很高的领域有着广泛的潜在应用前景。然而由于镁锂合金基面滑移的临界剪切应力远远小于非基面滑移的临界剪切应力，在进行轧制变形时容易形成强烈的基面织构，导致较差的室温成形性。并且镁锂合金的强度较低，难以满足工程应用的要求。因此开发具有弱化基面织构高强度的镁锂合金具有非常重要的价值。

早期研究表明，退火可以产生许多随机取向的再结晶晶粒，从而可以弱化织构，然而随着退火温度的升高和退火时间的延长，再结晶晶粒由于晶粒长大而形成竞争性生长，具有基面取向的晶粒优先生长，织构又会重新变强。此外，由霍尔-佩奇公式可知，晶粒的进一步生长会导致镁锂合金的强度的降低。因此仅依靠退火不能得到弱基面织构高强度的镁锂合金。近年来，研究者发现，添加稀土元素显著弱化镁合金的基面织构，如Ce、Gd和Y等元素可以通过改变镁合金的滑移机制或再结晶行为，从而实现弱化织构的目的。此外稀土元素固溶到镁基体中，可以通过固溶强化提升镁锂合金的强度，但是稀土元素会增加镁锂合金的成本，不利于镁锂合金的工业应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种弱基面织构高强度镁锂合金及其制备方法，通过合金化、轧制和热处理，用以实现弱化镁锂合金基面织构的同时又能提升镁锂合金的强度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种弱基面织构高强度镁锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1-5%，Ca：0.3-0.6%，Ce：0.1-0.2%，Y：0.1-0.2%，杂质元素总量≤0.2%，余量为Mg。

优选的，由以下质量百分比的组分组成：Li：5%，Ca：0.6%，Ce：0.1%，Y：0.1%，杂质元素总量≤0.2%，余量为Mg。

优选的，由以下质量百分比的组分组成：Li：4%，Ca：0.3%，Ce：0.2%，Y：0.2%，杂质元素总量≤0.2%，余量为Mg。

本发明提供一种弱基面织构高强度镁锂合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，各原料表面预处理后按各组分的质量百分比配备，然后将除锂之外的原料进行预热，预热温度为200℃；

步骤2，将钛坩埚进行预热烘干，预热烘干温度为300℃，预热烘干时间为2h；将预热后的原料加入钛坩埚中，抽真空，同时升温，待炉内温度达到550℃时停止抽真空，然后通入氩气，氩气通入量为15L/min，通入时间为10min；

步骤3，待炉内温度升温至750℃时开始搅拌，并保温8-10min，使熔化充分；将熔融金属慢速浇铸，浇铸时间为9-13s；浇铸结束后，铸锭随炉冷却并充氩气保护，待铸锭完全凝固后，取出铸锭；

步骤4，在350℃的温度范围内保温24h，进行均匀化处理；轧制温度为350℃，将均匀化处理后的铸锭放入保温炉中，在350℃的温度下保温30min；然后对铸锭进行轧制工艺，得到镁锂合金板材；将板材在350℃的温度下退火30-40min，然后空冷，即得到弱基面织构高强度镁锂合金。

优选的，所述步骤4中轧制工艺包括：轧制道次间变形为10%，为了保证合金的轧制温度均匀，每道次之间进行中间退火，在350℃回炉保温10min；轧制总道次为9-11道次，总压下量为90%。

本发明的有益效果是：

本发明锂含量保证镁合金强度的同时能够使合金的延伸率增加，加工性能变好；RE元素的添加能够通过固溶作用提高镁锂合金的强度，同时弱化轧制时产生的基面织构；Ca元素能够取代部分RE元素，实现提高强度、弱化织构的目的，同时还能够降低镁锂合金的成本。本发明通过加入Li等合金元素使得镁锂合金晶粒细小均匀，对材料的强度有显著的提升，同时弱化机械加工所产生的基面织构，提升二次加工性能。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，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：

本实施例的一种弱基面织构高强度镁锂合金，其组分质量百分比为：Li：4%，Ca：0.3%，Ce：0.2%，Y：0.2%，杂质元素总量小于等于0.2%，余量为Mg。原料为工业纯镁锭、工业纯锂锭、镁钙中间合金、镁铈中间合金与镁钇中间合金。

本实施例的一种弱基面织构高强度镁锂合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，在进行熔炼前，使用酒精将各金属锭表面去污擦洗干净，擦洗干净后对除锂之外的原料进行预热，预热温度为200℃，以去除各金属锭中的水分。

步骤2，将钛坩埚进行预热烘干，预热烘干温度为300℃，预热烘干时间为2h；将擦洗并预热后的原料加入到预热后的钛坩埚中，抽真空，同时升温，待炉内温度达到550℃时停止抽真空，通入氩气，氩气通入量为15L/min，通入时间为10min。

步骤3，待炉内温度升温至750℃时开始搅拌，并保温8-10min，使熔化充分；将熔融金属慢速浇铸，浇铸时间为9-13s；浇铸结束后，铸锭随炉冷却并充氩气保护，待铸锭完全凝固后，取出铸锭。

步骤4，进行轧制变形工艺和退火工艺：用电火花线切割去除铸锭冒口，在350℃的温度范围内保温24h，进行均匀化处理，消除铸锭内的偏析，使元素分布更加均匀；轧制温度选择为350℃，将均匀化处理后的样品放入保温炉中，在350℃的温度下保温30min，轧制道次间变形为10%，为了保证合金的轧制温度均匀，每道次之间进行中间退火，在350℃回炉保温10min。轧制总道次为11道次，总压下量为90%。将轧制板材在350℃的温度下退火30min，然后空冷，得到弱基面织构高强度镁锂合金。

所得该低密度高强度镁锂合金在室温下，轧制态的强度为252MPa，屈服强度为230Mpa，延伸率为14%，基面织构强度为11.8；退火态的抗拉强度为160Mpa，屈服强度为90MPa，延伸率为34%，基面织构强度为8.3。

实施例2：

本实施例的一种弱基面织构高强度镁锂合金，其组分质量百分比为：Li：5%，Ca：0.6%，Ce：0.1%，Y：0.1%，杂质元素总量小于等于0.2%，余量为Mg。原料为工业纯镁锭、工业纯锂锭、镁钙中间合金、镁铈中间合金与镁钇中间合金。

本实施例提供一种弱基面织构高强度镁锂合金的制备方法，其中：轧制温度选择为350℃，将均匀化处理后的样品放入保温炉中，在350℃的温度下保温30min，轧制道次间变形为10%，为了保证合金的轧制温度均匀，每道次之间进行中间退火，在350℃回炉保温10min。轧制总道次为9道次，总压下量为90%。将轧制板材在350℃的温度下退火40min，然后空冷，得到弱基面织构高强度镁锂合金。其它制备过程同实施例1。

所得该低密度高强度镁锂合金在室温下，轧制态的强度为261MPa，屈服强度为239Mpa，延伸率为12%，基面织构强度为9.1；退火态的抗拉强度为172Mpa，屈服强度为98MPa，延伸率为35%，基面织构强度为7.8。

实施例3：

本实施例的一种弱基面织构高强度镁锂合金，其组分质量百分比为：Li：2%，Ca：0.5%，Ce：0.1%，Y：0.1%，杂质元素总量小于等于0.2%，余量为Mg。原料为工业纯镁锭、工业纯锂锭、镁钙中间合金、镁铈中间合金与镁钇中间合金。

本实施例提供一种弱基面织构高强度镁锂合金的制备方法，其中：轧制温度选择为350℃，将均匀化处理后的样品放入保温炉中，在350℃的温度下保温30min，轧制道次间变形为10%，为了保证合金的轧制温度均匀，每道次之间进行中间退火，在350℃回炉保温10min。轧制总道次为10道次，总压下量为90%。将轧制板材在350℃的温度下退火40min，然后空冷，得到弱基面织构高强度镁锂合金。其它制备过程同实施例1。

所得该低密度高强度镁锂合金在室温下，轧制态的强度为271MPa，屈服强度为253Mpa，延伸率为9.8%，基面织构强度为11.2；退火态的抗拉强度为191Mpa，屈服强度为120MPa，延伸率为25%，基面织构强度为9.6。

实施例4：

本实施例的一种弱基面织构高强度镁锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li：1%，Ca：0.4%，Ce：0.2%，Y：0.2%，杂质元素总量≤0.2%，余量为Mg。原料为工业纯镁锭、工业纯锂锭、镁钙中间合金、镁铈中间合金与镁钇中间合金。

所得该低密度高强度镁锂合金在室温下，轧制态的强度为275MPa，屈服强度为254Mpa，延伸率为8.7%，基面织构强度为12.3；退火态的抗拉强度为195Mpa，屈服强度为124MPa，延伸率为22.4%，基面织构强度为10.3。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种弱基面织构高强度镁锂合金，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：Li：1-5%，Ca：0.3-0.6%，Ce：0.1-0.2%，Y：0.1-0.2%，杂质元素总量≤0.2%，余量为Mg。

2.根据权利要求1所述的一种弱基面织构高强度镁锂合金，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：Li：5%，Ca：0.6%，Ce：0.1%，Y：0.1%，杂质元素总量≤0.2%，余量为Mg。

3.根据权利要求1所述的一种弱基面织构高强度镁锂合金，其特征在于：由以下质量百分比的组分组成：Li：4%，Ca：0.3%，Ce：0.2%，Y：0.2%，杂质元素总量≤0.2%，余量为Mg。

4.根据权利要求1所述的一种弱基面织构高强度镁锂合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤4，在350℃的温度范围内保温24h，进行均匀化处理；轧制温度为350℃，将均匀化处理后的铸锭放入保温炉中，在350℃的温度下保温30min；

然后对铸锭进行轧制工艺，得到镁锂合金板材；将板材在350℃的温度下退火30-40min，然后空冷，即得到弱基面织构高强度镁锂合金。

5.根据权利要求4所述的一种弱基面织构高强度镁锂合金的制备方法，其特征在于：所述步骤4中轧制工艺包括：轧制道次间变形为10%，为了保证合金的轧制温度均匀，每道次之间进行中间退火，在350℃回炉保温10min；轧制总道次为9-11道次，总压下量为90%。