CN116790950A - 一种高均匀延伸率超轻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均匀延伸率超轻镁锂合金及其制备方法,该制备方法包括具体过程如下:熔炼与制备:按照Li:11‑16wt.%,Ag:1‑10wt.%,其余为Mg,将原料混合后通过真空感应熔炼进行熔炼铸造,初步制成铸态镁锂合金;均匀化处理:用金刚石切割机去除铸锭冒口,车削加工去除铸锭表面氧化皮,在300‑400℃下保温4h进行均匀化处理;轧制及热处理:在300~350℃下进行热轧,随后在300‑350℃下进行固溶处理,随后进行深冷锻造,然后在50‑180℃下进行时效处理1~4h。得到一种均匀延伸率在20%以上,断后延伸率超过35%的超轻镁锂合金,与同类型合金相比具有显著优势,本发明利用低温形变诱导相变同时提高镁锂合金的强度和塑性。
Description
技术领域
本发明为镁锂合金加工技术领域,特别是涉及一种高均匀延伸率超轻镁锂合金及其制备方法。
背景技术
镁锂合金作为一种超轻的合金(密度一般在1.35~1.65g/cm3之间),拥有密度低、比强度高、塑性好、电磁屏蔽性能优异等优点,在一些高新技术产业如航天、汽车、3C和医疗器械上有广泛的应用前景。但是同时,镁锂合金也由于其绝对强度低、高温稳定性差等缺点限制了在工业上的大量应用。因此,需要开发一种能有效改善镁锂合金力学性能的加工工艺。
镁锂合金的晶体结构包括hcp和bcc两种,随着Li含量的提高,镁锂合金的晶体结构会从hcp结构逐渐向bcc结构转变。当Li的质量比含量在5.7%以下时是单相hcp结构,含量在5.7%~10.3%时是hcp和bcc双相结构,当Li的质量比含量超过10.3%时合金就会呈现单相bcc结构。hcp结构的滑移系较少,因此塑性较差,而bcc结构和hcp结构相比拥有更好的塑性和成形能力,因此使得其拥有一定的在低温下成形的能力。
目前对于镁锂合金的成分研究主要集中在加入Al和Zn两种元素上,其代表合金分别是LA系合金和LZ系合金,因为Al和Zn这两种元素的密度较轻,对合金密度的影响较小同时强化效果比较理想,但形成的强化相Mg3Al或MgZnLi2是亚稳相,容易在高温环境或者长时间服役后相变成软化相,导致合金的热稳定性较差,而Ag则可以提高镁锂合金的固溶能力,同时抑制镁锂合金的过时效现象,但由于密度较大,成本较高,所以一般只少量添加用于改善镁锂基多元合金的性能,而目前对于镁锂银三元合金的研究还比较少。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种性能比传统锻造工艺更为优异的高均匀延伸率超轻镁锂合金的制备方法。本发明目的在于利用低温锻造设计了一种高均匀延伸率的Mg-Li-Ag三元单bcc相合金。
为了实现本发明的目的,采用的技术方案是:
一种高均匀延伸率超轻镁锂合金的制备方法,该方法所使用的合金配比为Li:11-16wt.%,Ag:1-10wt.%,其余为Mg。
包括具体以下步骤:
步骤一,熔炼与制备,按照上述配比将原料混合后通过真空感应熔炼进行熔炼铸造,初步制成铸态镁锂合金。
步骤二,均匀化处理,将切除铸锭冒口并去除表面氧化层的铸态合金在300~400℃进行均匀化处理约4h,消除合金中可能存在的成分偏析。
步骤三,热轧,去除氧化层后,在300~350℃下进行热轧,进行多次轧制,每一道次压下量为10%,最终轧制成约厚20mm的板材。
步骤四,固溶处理,在300~350℃下进行固溶处理10~60min,随后进行淬火处理。
步骤五,液氮下锻造,去除氧化层后,将原料切割成尺寸为20*20*30mm的试样,将试样放在液氮中浸泡10min,使试样温度达到液氮温度,将样品从液氮中取出后,迅速进行宽面双向锻造,每道次锻造量达到5-8%的工程应变,且每次改变锻造方向前均将样品浸泡至液氮中,确保试样锻造前保持液氮温度。最后经多次锻造后获得长棒状试样。
步骤六,时效处理,将深冷锻造后的样品,在50~180℃时效处理1~4h。
与现有技术相比,本发明的优点包括:
1、塑性高:本发明的深冷锻造镁锂合金其均匀延伸率超过20%,而同类型合金的延伸率一般在15%以下,断后延伸率更是高达35%以上,且抗拉强度也达到150Mpa,较同类型合金提高10%以上,拥有较好的力学性能。
2、流程简单:本发明制备方法工艺简单、可靠,适用于加工大尺度镁锂合金工业样品,效率高,易于推广。
3、组织均匀细化:液氮下的深冷锻造后析出了BCC基有序相,且组织得到极大细化,非常适用于制备具有优异机械性能的镁锂合金板材,具有重要的实用价值。
附图说明
为了更好地说明本发明的实际应用情况,下面将对实例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单的介绍。
图1为本发明镁锂合金液氮深冷锻造的示意图。
图2为本发明镁锂合金铸态和液氮锻造后的应力应变曲线图。
图3为本发明镁锂合金液氮锻造后的金相图片。
图4为本发明镁锂合金室温锻造后的金相图片。
图5为本发明镁锂合金铸态和室温锻造以及液氮锻造后的XRD图。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明
镁锂合金根据Li的含量多少会呈现不同的基体结构,随着Li含量的变多,合金会从单相hcp结构向bcc结构转变,当Li的质量比含量超过10.3wt.%时合金会呈现单相bcc结构,本发明的合金基体呈单相bcc结构,相较单相hcp结构和双相hcp+bcc结构会有更高的塑性且更易加工,且Li含量较多大大减少了合金的密度。Ag在镁锂合金中有一定固溶度,随温度降低固溶度减小,并析出AgLi相和MgLi2Ag相,少量析出时可以在基体内部形成钉扎,起到细化晶粒的作用。银含量小于10%时,合金的强度随银含量的增加呈线性增加,但增加幅度较小;同时由于Ag可以细化晶粒,合金的塑性随Ag含量增加也会提升。
具体如下:
将称量好的原料去除氧化皮并洗净后,通过真空感应熔炼炉将其初步熔炼成铸态合金,具体配比为:Li:11-16wt%,Ag:1-10wt%,其余为Mg。
将切除铸锭冒口并去除表面氧化层的铸态合金在300~400℃进行均匀化处理约4h,消除合金中的成分偏析,保证合金成分均匀。
去除氧化层后,在300~350℃下进行热轧,进行多次轧制,每一道次压下量为10%,最终轧制成约厚20mm的板材,此过程在使合金材料成分和结构进一步均匀化的同时可以细化晶粒,增强合金材料的各项机械性能。
去除热轧过程中可能存在的氧化皮后,将合金在300~350℃下进行固溶处理10~60min,并进行淬火,使得高温时的结构保留下来,此时少量析出的不均匀沉淀相大多都固溶进基体中,为后续时效处理做准备。
将去除氧化皮后的合金材料板材切割成尺寸为20*20*30mm的试样放入液氮中进行冷却,让板材温度被均匀冷却到零下196℃,将板材取出,以工程应变量5%~8%进行深冷锻造,锻造结束后,将板材放入液氮中重新冷却,冷却时间3~5min,将冷却的板材再进行深冷锻造,重复上述步骤进行多次锻造,锻造温度控制在液氮温度,最终总压下量约为20%。
将去除可能存在的氧化皮后的合金材料在50~180℃时效处理1~4h,此过程会发生回复,稍微软化合金提高合金材料的塑性。从图2可以看出,经过一系列热处理后的合金与铸态相比,强度有了一定程度的提高,而其均匀延伸率更是达到了20%以上,断后延伸率达到35%以上。
实施例1
一种高均匀延伸率超轻镁锂合金材料,其各组分质量百分百为:Li:15wt.%,Ag:4wt.%,余量为镁和不可避免的杂质,杂质总量小于0.02wt.%。
上述高均匀延伸率超轻镁锂合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)按照镁锂合金中各组分的质量百分比将纯Mg、纯Li和纯Ag进行混合,放入真空感应炉中坩埚内,抽真空至10-3Pa,然后通入氩气。在氩气的保护下进行真空熔炼,随后将切除铸锭冒口并去除表面氧化层的铸态合金在350℃进行均匀化处理约4h,消除合金中的成分偏析,初步得到厚约30mm的铸态镁锂合金板材;
(2)去除氧化层后,在300℃下进行热轧,进行多次轧制,每一道次压下量为10%,最终轧制成厚约20mm的板材;
(3)去除热轧过程中可能存在的氧化皮后,将合金在320℃下进行固溶处理30min,并进行淬火;
(4)将去除氧化皮后的合金材料板材放入液氮中进行冷却,让板材温度被均匀冷却到液氮温度,将板材取出,以压下量6%进行宽面双向锻造,轧制结束后,将轧制后的板材放入液氮中重新冷却,冷却时间5min,将冷却的板材再进行深冷锻造,重复上述步骤进行多次锻造,最终总压下量约为20%;
(5)去除可能存在的氧化皮,将材料在100℃时效处理2h。
对比例1
本对比例涉及一种高均匀延伸率超轻镁锂合金,所述镁锂合金的组分与实施例1相同,所述镁锂合金的制备方法与实施例1基本相同,不同之处在于锻造温度为室温。
可以看到室温锻造后晶粒完全破碎,表面遍布着变形带,看不到完整的晶界,且从XRD可以看出没有发生相变,没有有序相析出。
将材料在室温锻造条件下与液氮锻造后相比,组织和铸态相比得到极大细化,且在低温下发生了形变诱导相变,通过图4的XRD可以看出三种处理方法基体均为BCC相,但经过低温锻造后基体内部析出了BCC基有序相,由图2看到材料经过液氮锻造后强度由110MPa提升到了150MPa左右,锻后的均匀延伸率由原来的17%提高到了22%,断后延伸率也提高到了35%以上,与同类型镁锂合金材料相比综合力学性能提升明显。
Claims (8)
1.一种高均匀延伸率超轻镁锂合金,其特征在于,镁锂合金内的组分的质量百分比包括:Li:11-16wt.%,Ag:1-10wt.%,其余为Mg。
2.一种高均匀延伸率超轻镁锂合金的制备方法,其特征在于,该方法为
S1:按照配比将用无水乙醇洗净后的原料混合后通过真空感应熔炼进行熔炼铸造,初步制成铸态镁锂合金,将切除铸锭冒口并去除表面氧化层的铸态合金进行均匀化处理,消除合金中存在的成分偏析;
S2:去除氧化层后进行热轧,进行多次轧制,轧制成厚约20mm的板材后进行固溶处理,随后进行淬火;
S3:去除氧化皮后将板材放入液氮中进行冷却,随后进行多次锻造,锻件温度控制在液氮温度,随后进行时效处理。
3.根据权利要求1所述的高均匀延伸率超轻镁锂合金的制备方法,其特征在于,
S1中,均匀化处理为:将切除铸锭冒口并去除表面氧化层的铸态合金在300~400℃进行均匀化处理约4h。
4.根据权利要求1所述的高均匀延伸率超轻镁锂合金的制备方法,其特征在于,
S2中,热轧为:去除氧化层后,在300~350℃下进行热轧,进行多次轧制,每一道次压下量为10%,最终轧制成厚约20mm的板材。
5.根据权利要求1所述的高均匀延伸率超轻镁锂合金的制备方法,其特征在于,S2中,固溶处理为:在300~350℃下进行固溶处理10~60min,随后进行淬火处理。
6.根据权利要求1所述的高均匀延伸率超轻镁锂合金的制备方法,其特征在于,S3中,液氮锻造为:去除氧化皮后将原料切割成尺寸为20*20*30mm的试样,将板材放入液氮中进行冷却,随后进行多次锻造,每道次锻造量达到5-8%的工程应变,且温度控制在液氮温度,最后经多次锻造后获得长棒状试样。
7.根据权利要求1所述的高均匀延伸率超轻镁锂合金的制备方法,其特征在于,S3中,时效处理为:去除可能存在的氧化皮后,在50~180℃时效处理1~4h。
8.根据权利要求1所述的高均匀延伸率超轻镁锂合金的制备方法,其特征在于,镁锂合金内的组分的质量百分比包括:Li:11-16wt.%,Ag:1-10wt.%,其余为Mg。
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