CN115488274A - 镁锂合金材料、制备方法及锻造装置 - Google Patents

镁锂合金材料、制备方法及锻造装置 Download PDF

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CN115488274A
CN115488274A CN202211188242.9A CN202211188242A CN115488274A CN 115488274 A CN115488274 A CN 115488274A CN 202211188242 A CN202211188242 A CN 202211188242A CN 115488274 A CN115488274 A CN 115488274A
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范亮
王鹏飞
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Abstract

本申请公开了一种镁锂合金材料、制备方法及锻造装置,所述镁锂合金材料的制备方法包括以下步骤:将镁锂合金锻料放置于锻造装置的阴模的凹槽中,其中,所述凹槽的凹槽宽度与所述镁锂合金锻料的锻料宽度相匹配,所述凹槽的凹槽长度与所述镁锂合金锻料的锻料长度的比值大于3;将所述锻造装置的阳模与所述阴模压合,对所述镁锂合金锻料进行锻造,以使得所述镁锂合金锻料在高度方向发生压缩变形,并在长度方向发生延伸变形;将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金材料。本申请解决了现有技术的材料难以同时满足低密度、高屈服强度和高延伸率的要求。

Description

镁锂合金材料、制备方法及锻造装置
技术领域
本申请涉及金属复合材料技术领域,尤其涉及一种镁锂合金材料、制备方法及锻造装置。
背景技术
随着5G(5th Generation Mobile Communication Technology,第五代移动通信技术)通信、区块链,云计算、下一代互联网技术等的发展,电子产品朝着更小型化、更轻盈化、功能更强大的方向发展代表着穿戴式计算机的AR(Augmented Reality,增强现实)、VR(Virtual Reality,虚拟现实)产品应运而生,它们的体积更小、重量更轻、功能更强大,并于由于具有头部穿戴特性,其便携性更强,体验感更强。人体的头部对于穿戴产品的重量敏感度很高,过重的产品会让消费者产生不适感,降低了舒适度,从而难以长期穿戴,而智能穿戴结构减重的效果最明显,因此发展轻量化材料结构件和功能件,是改善客户体验重要的发展方向。由于人类头部轮廓复杂,电子产品功能多样,结构精细,这就要求材料具有良好的形状复杂、薄壁细长、中空零部件成型能力,能适应复杂的造型,能够大规模低沉本工业化生产制造,这就要求材料具有良好的塑性加工性能,具体而言,材料应该具有高的延伸率。
对于消费电子产品而言,结构件发生不可恢复的塑性变形就严重影响到消费电子产品的体验和外观效果,即认为失效,因此高的屈服强度、低的密度以及高的延伸率是AR、VR等产品对轻量化材料的诉求。
然而,现有的材料,难以同时满足低密度、高屈服强度和高延伸率的要求。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种镁锂合金材料、制备方法及锻造装置,旨在解决现有技术的材料难以同时满足低密度、高屈服强度和高延伸率的要求。
为实现上述目的,本申请提供一种镁锂合金材料的制备方法,所述镁锂合金材料的制备方法包括以下步骤:
将镁锂合金锻料放置于锻造装置的阴模的凹槽中,其中,所述凹槽的凹槽宽度与所述镁锂合金锻料的锻料宽度相匹配,所述凹槽的凹槽长度与所述镁锂合金锻料的锻料长度的比值大于3;
将所述锻造装置的阳模与所述阴模压合,对所述镁锂合金锻料进行锻造,以使得所述镁锂合金锻料在高度方向发生压缩变形,并在长度方向发生延伸变形;
将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金材料。
可选地,所述将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金材料的步骤包括:
将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金锻锭;
对所述锻锭进行热挤压处理,得到挤压板材;
对所述挤压板材进行冷轧处理,得到冷轧板材;
对所述冷轧板材进行热处理,得到镁锂合金材料。
可选地,所述热挤压处理的挤压温度为150-250℃,挤压比大于或等于7。
可选地,所述冷轧处理的冷轧温度小于80℃,道次变形量为10-20%,总变形量大于或等于50%。
可选地,所述对所述冷轧板材进行热处理,得到镁锂合金材料的步骤包括:
将所述冷轧板材在70-200℃的温度下,退火处理0.5-2h,退火后,以大于或等于50K/s的速度冷却,得到镁锂合金材料。
可选地,各所述锻造的锻造温度为150-250℃,各所述锻造的锻造总时长小于或等于0.5h。
可选地,所述镁锂合金材料的密度小于或等于1.6g/cm3,屈服强度大于或等于250Mpa,延伸率大于或等于25%。
本申请还提供一种镁锂合金材料的锻造装置,所述镁锂合金材料的锻造装置应用于如上所述的镁锂合金材料的制备方法,所述镁锂合金材料的锻造装置包括阴模、阳模以及控温装置;
所述阳模与所述阴模压合时,形成锻造型腔,所述锻造型腔用于使得放置于所述阴模的凹槽中的镁锂合金锻料,在高度方向发送压缩变形,并在长度方向发生延伸变形;
所述控温装置用于对所述阳模和/或所述阴模进行温度控制。
可选地,所述阴模的凹槽为长方体,所述凹槽的凹槽高度与凹槽宽度的比值大于3,所述凹槽的凹槽长度与凹槽宽度的比值大于2,所述阳模的凸柱为长方体,所述阴模的凹槽高度与所述阳模的凸柱高度的差值大于或等于5mm。
本申请还提供一种镁锂合金材料,所述镁锂合金材料采用如上所述的镁锂合金材料的制备方法加工得到。
本申请提供了一种镁锂合金材料、制备方法及锻造装置,通过将镁锂合金锻料放置于锻造装置的阴模的凹槽中,其中,所述凹槽的凹槽宽度与所述镁锂合金锻料的锻料宽度相匹配,所述凹槽的凹槽长度与所述镁锂合金锻料的锻料长度的比值大于3,将所述锻造装置的阳模与所述阴模压合,对所述镁锂合金锻料进行锻造,以使得所述镁锂合金锻料在高度方向发生压缩变形,并在长度方向发生延伸变形,将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金材料,实现了对镁锂合金的模锻,镁锂合金的密度低,通过多次模锻过程的塑性变形,细化晶粒,不仅可以提高镁锂合金的塑性,而且晶粒的细化能够使镁锂合金内部产生大量位错,增加镁锂合金中的金属原子在移动时的阻力,进而可以在保证较高延伸率的情况下,有效提高镁锂合金的强度,制备得到的镁锂合金材料同时具有低密度、高屈服强度和高延伸率的特点,克服了现有技术的材料难以同时满足低密度、高屈服强度和高延伸率的要求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请镁锂合金材料的制备方法的一实施例的流程示意图;
图2为本申请中镁锂合金材料的锻造装置的一实施例的结构示意图;
图3为本申请中镁锂合金材料的锻造装置的另一实施例的结构示意图;
图4为本申请实施例2制备的镁锂合金材料的金相照片;
图5为本申请中镁锂合金材料制作的穿戴式头盔皮料的示意图。
附图标号说明:
标号 名称 标号 名称
10 阳模 20 阴模
30 冷媒通道 40 锻造型腔
11 凸柱 21 凹槽
本申请目的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,均属于本发明保护的范围。
随着5G通信、区块链,云计算、下一代互联网技术等的发展,电子产品朝着更小型化、更轻盈化、功能更强大的方向发展代表着穿戴式计算机的AR、VR产品应运而生,它们的体积更小、重量更轻、功能更强大,并于由于具有头部穿戴特性,其便携性更强,体验感更强。人体的头部对于穿戴产品的重量敏感度很高,过重的产品会让消费者产生不适感,降低了舒适度,从而难以长期穿戴,而智能穿戴结构减重的效果最明显,因此发展轻量化材料结构件和功能件,是改善客户体验重要的发展方向。由于人类头部轮廓复杂,电子产品功能多样,结构精细,这就要求材料具有良好的形状复杂、薄壁细长、中空零部件成型能力,能适应复杂的造型,能够大规模低沉本工业化生产制造,这就要求材料具有良好的塑性加工性能,具体而言,材料应该具有高的延伸率。
对于消费电子产品而言,结构件发生不可恢复的塑性变形就严重影响到消费电子产品的体验和外观效果,即认为失效,因此高的屈服强度、低的密度以及高的延伸率是AR、VR等产品对轻量化材料的诉求,在保证材料延伸率的情况下,通常用屈服强度和密度之比来评价材料的轻量化效果。
铝合金和镁铝合金是常见的轻量化结构材料,但是其轻量化效果对于克克计较的智能穿戴产品而言,仍然不够。以典型的5052铝合金为例,若要保证延伸率达到25%左右,其屈服强度则会低于150MPa,屈服强度与密度之比约为56。镁合金由于天生的密排六方结构,其延伸率较低,难以适应复杂结构的冲压成型工艺,只能采用压铸或机加工成型,压铸成型的方式,难以确保精密性以及外观件的表面质量,采用机加工时细长薄壁件变形严重,精度和产量产差,即较低的延伸率限制了镁合金在制作壁细长、中空等复杂形态结构的零部件上的应用。以典型的AZ31镁合金为例,其密度为1.8g/cm3,延伸率一般很难达到25%,只能用热冲压成型,效率较低,且强度约为150MPa,屈服强度和密度之比约为83。即,现有的材料,难以同时满足低密度、高屈服强度和高延伸率的要求。
本申请实施例提供一种镁锂合金材料的制备方法,在本申请镁锂合金材料的制备方法的一实施例中,参照图1,所述镁锂合金材料的制备方法包括:
步骤S10,将镁锂合金锻料放置于锻造装置的阴模的凹槽中,其中,所述凹槽的凹槽宽度与所述镁锂合金锻料的锻料宽度相匹配,所述凹槽的凹槽长度与所述镁锂合金锻料的锻料长度的比值大于3;
在本实施例中,需要说明的是,本实施例制备的镁锂合金材料应用于制备电子设备的零件,主要用于制备有轻量化需求的可穿戴电子设备中的内外结构件和功能件,所述小型电子设备包括AR、VR头盔、AR、VR眼镜、笔记本电脑、智能手表等,例如AR、VR头盔、眼镜等,方法简单,适合于工业化生产,示例性地,参照图5,图5为本申请中镁锂合金材料制作的穿戴式头盔皮料的示意图。
所述锻造装置为模型锻造装置,至少包括阴模和阳模,所述阳模与所述阴模压合时,在所述阳模与所述阴模之间形成锻造型腔,故而可以通过所述阳模与所述阴模的开合,对放置于所述锻造型腔上的锻料进行锻造。
为了便于进行说明,本实施例以阴模在下,阳模在上,将阴模水平放置,长度方向和宽度方向为所述水平面上相互垂直的两个方向,高度方向为垂直于水平面的方向,进行说明,例如,如图2所示,所述阴模20水平放置,所述阳模10通过在垂直方向移动,控制所述阳模10与所述阴模20的开合,进而对放置于所述阴模20的凹槽21中的锻料进行高度方向的压缩,其中,平行于x轴的方向为长度方向,平行于y轴的方向为宽度方向,平行于z轴的方向为高度方向,但容易理解的是,上述方向的设定仅便于说明和理解,并不构成对本申请范围的限制。
具体地,将镁锂合金锻料放置于锻造装置的阴模的凹槽中,其中,所述镁锂合金锻料的锻料宽度应与所述凹槽的凹槽宽度相匹配,以通过所述凹槽的内壁限制所述镁锂合金锻料在宽度方向几乎不发生形变;所述凹槽的凹槽长度与所述镁锂合金锻料的锻料长度的比值大于3,以使得所述镁锂合金锻料在锻造过程中可充分向长度方向进行延伸,而不会受到凹槽内壁的限制;所述镁锂合金锻料的锻料高度应小于所述凹槽的凹槽高度,且大于所述阳模与所述阴模之间形成的锻造型腔的高度,以使得所述镁锂合金锻料在锻造过程中可在高度方向进行压缩,且可以避免阳模与阴模闭合时,锻料被挤出锻造型腔外。
在一种可实施的方式中,所述镁锂合金锻料与所述凹槽在宽度方向上的配合间隙在0.01-0.1mm范围内,例如0.01mm、0.08mm、0.1mm等。
在一种可实施的方式中,所述将镁锂合金锻料放置于锻造装置的阴模的凹槽中的步骤之前,还包括:
将所述锻造装置的阴模、所述锻造装置的阳模和/或所述镁锂合金锻料加热至150-250℃,例如150℃、185℃、222℃、250℃等,进行预热。
步骤S20,将所述锻造装置的阳模与所述阴模压合,对所述镁锂合金锻料进行锻造,以使得所述镁锂合金锻料在高度方向发生压缩变形,并在长度方向发生延伸变形,得到镁锂合金锻锭;
在本实施例中,具体地,将所述锻造装置的阳模与所述阴模压合,并设置一定的锻造温度,对所述镁锂合金锻料进行锻造,通过所述阳模上的凸柱向下压入所述阴模的凹槽,对放置于所述凹槽中的所述镁锂合金锻料进行高度方向的压缩,所述镁锂合金锻料受到高度方向的压力后将会向宽度和长度方向上流动变形,但在宽度方向受阴模压应力约束不产生变形,而在长度方向上模具留有充足空间,所述镁锂合金锻料可以在长度方向发生延伸变形,故,所述镁锂合金锻料在高度方向发送压缩变形的同时,所述凹槽的内壁会在宽度方向上对所述镁锂合金锻料进行限制,使得所述镁锂合金锻料在宽度方向上难以发生变形,而只在长度方向上发送延伸变形,使得所述镁锂合金锻料在变形过程中始终处于两向压缩、一向延伸的变形状态,得到宽度不变、厚度减小且长度增加的镁锂合金锻锭,其中,所述锻造温度可以根据实际情况、测试结果等进行确定。
相比于在变形过程中处于单向压缩、两向变形的变形状态,对锻料进行宽度方向的限制,使得锻料在变形过程中始终处于两向压缩、一向延伸的变形状态,可以有效避免锻料在变形过程中开裂。
步骤S30,将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金材料。
在本实施例中,具体地,对所述镁锂合金锻料进行一次锻造之后,为了进一步提高塑性和强度,将所述阳模抬起,保持所述镁锂合金锻锭宽度方向不变,以长度方向的一端为支点,将所述凹槽中经过锻造后的镁锂合金锻料抬起90度,以使得所述镁锂合金锻料的长度方向与高度方向互换,原本的长度方向变为高度方向,原本的高度方向变为长度方向,再次将所述阳模与所述阴模压合,对所述凹槽中的镁锂合金锻料进行高度方向的压缩,再次进行锻造,如此变换所述镁锂合金锻料的长度方向和高度方向,重复在高度方向上对凹槽中的镁锂合金锻料进行锻造,重复至少两次,也即,对所述镁合金锻料一共进行至少三次锻造,每次锻造的工艺条件可以相同也可以不同,具体可以根据实际需要进行调整,本实施例对此不加以限制,需要说明的是,所述镁锂合金材料可以是锻造之后得到的锻锭,也可以是进一步对锻造后的材料进行热轧、冷轧、热处理、抛光和/或化学表面处理等处理后得到的材料。
可选地,所述镁锂合金材料的密度小于或等于1.6g/cm3,屈服强度大于或等于250Mpa,延伸率大于或等于25%。
可选地,所述将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金材料的步骤包括:
步骤S31,将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金锻锭;
在本实施例中,具体地,将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金锻锭。
步骤S32,对所述锻锭进行热挤压处理,得到挤压板材;
在本实施例中,具体地,对锻造后得到的所述锻锭在一定温度下进行热挤压处理,得到挤压板材,其中,所述热挤压处理的具体模具规格和工艺条件等可根据实际需要进行确定,本实施例对此不加以限制,挤压也能够产生较大的塑性变形细化晶粒,提高材料的强度,更重要的是挤压能够得到尺寸精度良好的板材。
可选地,所述热挤压处理的挤压温度为150-250℃,挤压比大于或等于7。
步骤S33,对所述挤压板材进行冷轧处理,得到冷轧板材;
在本实施例中,具体地,对热挤压处理后得到的所述挤压板材进行控温冷轧处理,在冷轧过程中通过轧辊水冷或其它的强制冷却装置对冷轧处理过程进行温度控制,得到规定厚度精度和良好版型的板材,其中,所述冷轧处理的具体工艺条件可根据实际需要进行确定,本实施例对此不加以限制。
可选地,所述冷轧处理的冷轧温度小于80℃,道次变形量为10-20%,总变形量大于或等于50%。
在本实施例中,冷轧道次变形量10-20%,例如10%、14%、20%等,总变形量大于或等于50%,具体可以根据实际需要进行确定,本实施例对此不加以限制,在冷轧过程中通过轧辊水冷或其它的强制冷却装置始终保持材料和轧辊温度控制在80℃以下。
步骤S34,对所述冷轧板材进行热处理,得到镁锂合金材料。
在本实施例中,具体地,对所述冷轧板材进行热处理,得到镁锂合金材料,其中,所述热处理是将金属或合金工件放在一定的介质中加热到适宜的温度,并在此温度中保持一定时间后,又以不同速度在不同的介质中冷却,通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来控制其性能的一种工艺,所述热处理包括退火处理、正火处理、淬火处理和回火处理等。
可选地,所述对所述冷轧板材进行热处理,得到镁锂合金材料的步骤包括:
将所述冷轧板材在70-200℃的温度下,退火处理0.5-2h,退火后,以大于或等于50K/s的速度冷却,得到镁锂合金材料。
在本实施例中,具体地,将所述冷轧板材在70-200℃的温度下,例如70℃、125℃、184℃、200℃等,退火处理0.5-2h,例如0.5h、1.2h、2h等,退火后,将退火处理后的材料以大于或等于50K/s的速度强制冷却,避免材料在高温下长时间停留引起晶粒长大从而对材料的强度和延伸率的不利,得到镁锂合金材料。
在一种可实施的方式中,为了达到大塑性变形的目的,锻料在每次锻造后,高度方向的压缩比应大于或等于3,宽度方向的尺寸保持不变,长度方向的延伸比应大于3。
在一种可实施的方式中,各所述锻造的锻造温度可以根据锻料的再结晶温度进行确定。
可选地,各所述锻造的锻造温度为150-250℃,各所述锻造的锻造总时长小于或等于0.5h。
在本实施例中,需要说明的是,步骤S20以及步骤S30中通过所述锻造装置进行了至少三次锻造,每次锻造的工艺条件均相同,在每次锻造时,通过温度控制装置控制所述阴模和/或所述阳模的温度,以使得所述锻造型腔中的锻料在150-250℃下进行锻造,每次锻造的锻造时间加起来的锻造总时长应小于或等于0.5h,所述温度控制装置包括电阻加热装置和/或风冷装置等,所述电阻加热装置用于在温度较低时,例如低于150℃时,对所述阴模和/或所述阳模进行加热,以将所述锻造型腔中的锻料的温度升高到150-250℃范围内,所述风冷装置用于在温度较高时,例如高于250℃时、高于240℃时或高于230℃时,对所述阴模和/或所述阳模进行冷却,以保证所述锻造型腔中的锻料的温度不会高于250℃,所述风冷装置还可以包括循环蛇形冷却通道,所述循环蛇形冷却通道设置于所述阴模和/或所述阳模的周围,蛇形的冷却通道的表面积较大,冷却速率较快,通过向所述循环蛇形冷却通道中通入冷风,即可实现对所述阴模、所述阳模以及所述锻造型腔中的锻料的快速冷却,在锻造时,剧烈塑性变形会大量产热使锻造型腔中的锻料的温度升高,通过风冷装置强制降温,可以避免由于变形产生的大量热量使锻料温度升高,通过电阻加热和风冷相互配合对锻料加热和冷却的平衡,确保锻料在锻造时温度始终处在150-250℃的范围内。
在锻造过程中,若锻造温度高于镁锂合金的再结晶温度,容易发生再结晶,而导致晶粒长大,进而使得镁锂合金的塑性减小,且强度也难以提高,镁锂合金的再结晶温度依化学成分不同而略有差异,镁锂合金中加入的锂的含量约为5%-15%,锂的熔点约为180℃,镁锂合金的再结晶温度约为250℃,故设置锻造温度低于镁锂合金的再结晶温度,若锻造温度过低,会使得镁锂合金的塑性不佳,在锻造时容易开裂,故而确定所述锻造温度为150-250℃,例如150℃、186℃、215℃、250℃等,且在整个加工过程中,应该尽可能减少材料在高温下停留的时间,避免晶粒长大,保持晶粒的细化效果,才能获得高强度、高延伸率的镁锂合金材料,锻造过程需要保持高温,故而确定每次锻造的锻造时间加起来的锻造总时长应小于或等于0.5h,且在保证锻造效果的情况下,尽可能缩短锻造时间。
在本实施例中,通过将镁锂合金锻料放置于锻造装置的阴模的凹槽中,其中,所述凹槽的凹槽宽度与所述镁锂合金锻料的锻料宽度相匹配,所述凹槽的凹槽长度与所述镁锂合金锻料的锻料长度的比值大于3,将所述锻造装置的阳模与所述阴模压合,对所述镁锂合金锻料进行锻造,以使得所述镁锂合金锻料在高度方向发生压缩变形,并在长度方向发生延伸变形,将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金材料,实现了对镁锂合金的模锻,镁锂合金的密度交底,约为1.35-1.6g/cm3,延伸率可达到40%以上,具有优异的加工性能,对复杂曲面结构的冲压成型具有良好的适应性,适合大规模高效的冲压制造,目前,延伸率达到25%以上的镁锂合金,屈服强度可以达到约180MPa,屈服强度和密度之比超过120,其轻量化效果相比铝合金减重超过50%,相比镁铝合金减重超过30%,通过多次模锻过程的塑性变形,细化晶粒,不仅可以提高镁锂合金的塑性,而且晶粒的细化能够使镁锂合金内部产生大量位错,增加镁锂合金中的金属原子在移动时的阻力,进而可以在保证较高延伸率的情况下,有效提高镁锂合金的强度,最终制得的镁锂合金材料的屈服强度可达到250Mpa以上,屈服强度和密度之比超过150,轻量化效果大大提升,制备得到的镁锂合金材料同时具有低密度、高屈服强度和高延伸率的特点,克服了现有技术的材料难以同时满足低密度、高屈服强度和高延伸率的要求。本发明制备的镁锂合金材料适合于智能穿戴AR、VR等小型、复杂、精密电子产品的外观壳体、内外部复杂造型的结构件和功能件,例如AR镜框、镜腿、精密光学仪器支架、VR面罩、中框等,所述镁锂合金材料对产品的设计和造型以及人机工程学具有良好的适应性,同时具有良好的轻量化效果,和优异的塑性成形能力,在保证整机的结构强度的基础上,有利于整机的减重和轻量化,给消费者带来良好的佩戴体验。所述镁锂合金材料的制备方法具有成本低,生产效率高,安全可控,可以大批量工业化生产的优点,非常适合于AR、VR等小型、造型曲面复杂、有轻量化诉求的高端智能穿戴电子产品。
进一步地,本发明还提供了一种镁锂合金材料的锻造装置,所述镁锂合金材料的锻造装置应用于如上所述的镁锂合金材料的制备方法,在本申请镁锂合金材料的一实施例中,参照图2和图3,所述镁锂合金材料的锻造装置包括阴模20、阳模10以及控温装置;
所述阳模10与所述阴模20压合时,形成锻造型腔40,所述锻造型腔40用于使得放置于所述阴模20的凹槽21中的镁锂合金锻料,在高度方向发送压缩变形,并在长度方向发生延伸变形;
所述控温装置用于对所述阳模10和/或所述阴模20进行温度控制。
在本实施例中,具体地,所述阴模上设置有凹槽21,所述阳模10上设置有与所述凹槽21相匹配的凸柱11,所述凸柱11外壁与所述凹槽21内壁之间的配合间隙为0.01-0.1mm,所述控温装置包括电阻加热装置和冷却装置等,所述冷却装置是通过在所述阴模20和/或所述阳模10所在的腔体中布置的冷媒通道30,并向所述冷媒通道30通入冷媒,对所述阴模20和/或所述阳模10进行降温,所述冷媒包括冷空气、冷水、氯氟烃等,所述冷媒可以循环使用,故所述冷媒通道30可以设置一个输入口和一个输出口,在一种可实施的方式中,所述冷媒通道为循环蛇形冷却通道,所述循环蛇形冷却通道设置于所述阴模和/或所述阳模的周围,蛇形的冷却通道的表面积较大,可有效提高冷却速率,进而可以更精准且快速地进行温度控制。
可选地,所述阴模20的凹槽21为长方体,所述凹槽21的凹槽高度与凹槽宽度的比值大于3,所述凹槽21的凹槽长度与凹槽宽度的比值大于2,所述阳模10的凸柱为长方体,所述阴模20的凹槽高度与所述阳模10的凸柱高度的差值大于或等于5mm。
本申请提供的镁锂合金材料,解决了现有技术的材料难以同时满足低密度、高屈服强度和高延伸率的要求。与现有技术相比,本发明实施例提供的镁锂合金材料的有益效果与上述实施例的镁锂合金材料的制备方法的有益效果相同,在此不做赘述。
进一步地,本发明还提供了一种镁锂合金材料,所述镁锂合金材料应用于智能眼镜,所述镁锂合金材料采用如上所述的镁锂合金材料的制备方法制备得到。本申请提供的镁锂合金材料,解决了现有技术的材料难以同时满足低密度、高屈服强度和高延伸率的要求。与现有技术相比,本发明实施例提供的镁锂合金材料的有益效果与上述实施例的镁锂合金材料的制备方法的有益效果相同,在此不做赘述
为了进一步理解本申请,下面结合实施例对本申请提供的镁锂合金材料、制备方法及锻造装置进行具体地描述。本发明实施例均采用商品化的市售原料。
实施例1
模锻:锻造装置阴模的尺寸为高度220mm,宽度50.1mm,长度200mm,阴模内表面涂敷石墨用以润滑,将阴模加热至195℃备用。将尺寸为200*50*50mm,牌号为LAZ931的镁锂合金锻料加热至205℃,置于阴模的凹槽中,启动阴模风冷开关,使锻造温度控制在150-220℃之间,压下阳模,将镁锂合金锻料的高度从200mm压缩至约55mm,则镁锂合金锻料的长度方向延伸至约180mm。抬起阳模,将镁锂合金锻料从阴模内一端顶出,以一端为支点90度立起,将镁锂合金锻料的原长度方向变为高度方向,原高度方向变为长度方向,进行第二次锻造,依次锻造6次,所有锻造在30mim内完成,得到镁锂合金锻锭。
热挤压:将上述的镁锂合金锻锭通过挤压机进行挤压,挤压温度230℃,挤压速度0.1m/s,来料厚度50mm,将挤压后的挤压板材的厚度为4.1mm,挤压比12,将挤压后的挤压板材水冷至室温,吹干。
冷轧和热处理:将挤压板材进入冷轧机轧制,依次进行4.1mm-3.2mm-2.5mm-2mm-1.6mm-1.3mm-1.1mm-0.8mm轧制,冷轧过程中对板材进行水冷,确保其温度不高于60℃;将冷轧后的冷轧板材在150℃退火0.7h;冷却后,将板材进行双面砂光处理,得到高屈服强度、高延伸率的镁锂合金材料。
测试:将本发明实施例1制备的镁锂合金材料按照GB/T228.1-2010进行拉伸试验,测得其屈服强度为252MPa,延伸率为28%,本发明实施例1制备的镁锂合金材料的性能指标详见表1。
实施例2
模锻:锻造装置阴模的尺寸为高度300mm,宽度70.1mm,长度400mm,阴模内表面涂敷石墨用以润滑,将阴模加热至235℃备用。将尺寸为250*70*60mm,牌号为LZ103的镁锂合金锻料加热至150℃,置于阴模的凹槽中,启动阴模风冷开关,使锻造温度控制在150-220℃之间,压下阳模,将镁锂合金锻料的高度从250mm压缩至约60mm,则镁锂合金锻料的长度方向延伸至约300mm。抬起阳模,将镁锂合金锻料从阴模内一端顶出,以一端为支点90度立起,将镁锂合金锻料的原长度方向变为高度方向,原高度方向变为长度方向,进行第二次锻造,依次锻造3次,所有锻造在20min内完成,得到镁锂合金锻锭。
热挤压:将上述的镁锂合金锻锭通过挤压机进行挤压,挤压温度185℃,挤压速度0.2m/s,来料厚度60mm,将挤压后的挤压板材的厚度为8mm,挤压比7.8,将挤压后的挤压板材水冷至室温,吹干。
冷轧和热处理:将挤压板材进入冷轧机轧制,依次进行8mm-6.5mm-5.2mm-4.1mm冷轧;将冷轧后的冷轧板材进行120℃退火0.5h,取出空冷;再次进行4.1mm-3.2mm-2.5mm-2mm-1.6mm-1.3mm-1.1mm冷轧,整个冷轧过程中对板材进行水冷,确保其温度不高于60℃;将冷轧后的冷轧板材在90℃退火1.5h;冷却后,将板材进行双面砂光处理,得到高屈服强度、高延伸率的镁锂合金材料,所述镁锂合金材料的金相照片如图4所示。
测试:将本发明实施例2制备的镁锂合金材料按照GB/T228.1-2010进行拉伸试验,测得其屈服强度为268MPa,延伸率为29%,本发明实施例1制备的镁锂合金材料的性能指标详见表1。
实施例3
模锻:锻造装置阴模的尺寸为高度150mm,宽度40.1mm,长度250mm,阴模内表面涂敷石墨用以润滑,将阴模加热至250℃备用。将尺寸为145*40*60mm的镁锂合金锻料加热至165℃,所述镁锂合金成分为:Li(锂)占9%,Al(铝)2%,Zn(锌)1%,混合稀土元素0.5%,Y(钇)占0.2%,其余为镁和不可避免地杂质元素。将镁锂合金锻料置于阴模的凹槽中,启动阴模风冷开关,使锻造温度控制在150-220℃之间,压下阳模,将镁锂合金锻料的高度从145mm压缩至约60mm,则镁锂合金锻料的长度方向延伸至约167mm。抬起阳模,将镁锂合金锻料从阴模内一端顶出,以一端为支点90度立起,将镁锂合金锻料的原长度方向变为高度方向,原高度方向变为长度方向,进行第二次锻造,依次锻造5次,所有锻造在25min内完成,得到镁锂合金锻锭。
热轧:将上述的镁锂合金锻锭进行热轧加工,轧制温度165℃,将材料依次进行40mm-20mm-14mm-8mm-4.5mm-2mm轧制,总变形量95%,到此变形量大于30%。
冷轧和热处理:将热轧后的板材进入冷轧机轧制,依次进行2mm-1.6mm-1.2mm-0.8-0.6mm冷轧;将冷轧后的冷轧板材进行85℃退火1.5h;冷却后,将板材进行双面砂光处理,得到高屈服强度、高延伸率的镁锂合金材料。
将本发明实施例3制备的镁锂合金材料按照GB/T228.1-2010进行拉伸试验,测得其屈服强度为288MPa,延伸率为31%;本发明实施例1制备的镁锂合金材料的性能指标详见表1。
对比例
锻造:将尺寸为200*100*100mm,牌号为LA141的镁锂合金进行自由锻造,锻造温度260℃,将合金加热到260℃后,自由锻打,将高度从200mm直接打到100mm,再将长短尺寸锻打到90*222mm;再次将镁锂合金锻料的高度从222mm镦粗到100mm,周向锻打成200*100mm,最后锻打成厚度40mm,宽度100mm的扁锭。
热轧:将扁锭在热处理炉中预热至250℃,保温1h后进行轧制,单道次压下量15%,直至获得3mm厚度板坯,期间不再进行中间退火。
冷轧:对热轧后的板材依次进行3mm-2.5mm-2mm-1.8mm-1.6mm-1.5mm的冷轧,得到1.5mm厚度的镁锂合金板材
将本发明实施例4制备的镁锂合金材料按照GB/T228.1-2010进行拉伸试验,测得其屈服强度为136MPa,延伸率为38%;本发明实施例4制备的镁锂合金材料的性能指标详见表1。
表1本发明实施例制备的复合材料性能指标
Figure BDA0003868318870000151
从表1可知,与自由锻造的镁锂合金材料相比,实施例1-3制备的镁锂合金材料的屈服强度大大增加,屈服强度与密度之比也大大提高,且延伸率均大于25%,塑性较好,对产品的设计和造型以及人机工程学具有良好的适应性,同时具有良好的轻量化效果,和优异的塑性成形能力,在保证整机的结构强度的基础上,有利于整机的减重和轻量化,给消费者带来良好的佩戴体验,非常适合于AR、VR等小型、造型曲面复杂、有轻量化诉求的高端智能穿戴电子产品。
以上仅为本申请的优选实施例,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利处理范围内。

Claims (10)

1.一种镁锂合金材料的制备方法,其特征在于,所述镁锂合金材料的制备方法包括以下步骤;
将镁锂合金锻料放置于锻造装置的阴模的凹槽中,其中,所述凹槽的凹槽宽度与所述镁锂合金锻料的锻料宽度相匹配,所述凹槽的凹槽长度与所述镁锂合金锻料的锻料长度的比值大于3;
将所述锻造装置的阳模与所述阴模压合,对所述镁锂合金锻料进行锻造,以使得所述镁锂合金锻料在高度方向发生压缩变形,并在长度方向发生延伸变形;
将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金材料。
2.如权利要求1所述的镁锂合金材料的制备方法,其特征在于,所述将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金材料的步骤包括:
将锻造后的镁锂合金锻料的长度方向变换为高度方向,并保持宽度方向不变,再次进行锻造,重复锻造至少两次,得到镁锂合金锻锭;
对所述锻锭进行热挤压处理,得到挤压板材;
对所述挤压板材进行冷轧处理,得到冷轧板材;
对所述冷轧板材进行热处理,得到镁锂合金材料。
3.如权利要求2所述的镁锂合金材料的制备方法,其特征在于,所述热挤压处理的挤压温度为150-250℃,挤压比大于或等于7。
4.如权利要求2所述的镁锂合金材料的制备方法,其特征在于,所述冷轧处理的冷轧温度小于80℃,道次变形量为10-20%,总变形量大于或等于50%。
5.如权利要求2所述的镁锂合金材料的制备方法,其特征在于,所述对所述冷轧板材进行热处理,得到镁锂合金材料的步骤包括:
将所述冷轧板材在70-200℃的温度下,退火处理0.5-2h,退火后,以大于或等于50K/s的速度冷却,得到镁锂合金材料。
6.如权利要求1所述的镁锂合金材料的制备方法,其特征在于,各所述锻造的锻造温度为150-250℃,各所述锻造的锻造总时长小于或等于0.5h。
7.如权利要求1至6任一项所述的镁锂合金材料的制备方法,其特征在于,所述镁锂合金材料的密度小于或等于1.6g/cm3,屈服强度大于或等于250Mpa,延伸率大于或等于25%。
8.一种镁锂合金材料的锻造装置,其特征在于,所述镁锂合金材料的锻造装置应用于权利要求1至7任一项所述的镁锂合金材料的制备方法,所述镁锂合金材料的锻造装置包括阴模、阳模以及控温装置;
所述阳模与所述阴模压合时,形成锻造型腔,所述锻造型腔用于使得放置于所述阴模的凹槽中的镁锂合金锻料,在高度方向发送压缩变形,并在长度方向发生延伸变形,所述锻造型腔用于使得放置于所述阴模的凹槽中的镁锂合金锻料,在高度方向发送压缩变形,并在长度方向发生延伸变形;
所述控温装置用于对所述阳模和/或所述阴模进行温度控制。
9.如权利要求8所述的镁锂合金材料的锻造装置,其特征在于,所述阴模的凹槽为长方体,所述凹槽的凹槽高度与凹槽宽度的比值大于3,所述凹槽的凹槽长度与凹槽宽度的比值大于2,所述阳模的凸柱为长方体,所述阴模的凹槽高度与所述阳模的凸柱高度的差值大于或等于5mm。
10.一种镁锂合金材料,其特征在于,所述镁锂合金材料应用于智能眼镜,所述镁锂合金材料采用如权利要求1至7任一项所述的镁锂合金材料的制备方法制备得到。
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