[發明專利]一種高強韌變形鎂鋰合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201810765440.4
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN108998711B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 劉文才;田瑩;梁新理;吳國華;張亮;李中權;肖旅;丁文江
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海航天精密機械研究所
• 主分類號: C22C23/00
• 分類號: C22C23/00;C22C1/03;C22F1/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明公開了一種高強韌變形鎂鋰合金及其制備方法；包括：8～16wt.％Li，2～7wt.％Al，0.3～3wt.％Er，0.2～1.5wt.％Ca，余量為Mg和不可避免的雜質。制備時包括熔煉、熱處理和塑性變形，先將鎂鋰合金鑄錠在250℃～450℃固溶處理4～10h，固溶結束后當鑄錠冷卻至100℃～250℃時進行塑性變形，避免了塑性變形前的均勻化處理導致合金出現時效軟化現象。本發明向鎂鋰合金加入Al、Er元素不僅起到固溶強化作用，又能在基體中析出高溫穩定強化相Al₂Er、Al₂Er₃和準晶相，Ca元素的引入顯著提高了合金的塑性，再經過后續固溶熱處理結合塑性變形后可獲得高強韌的鎂鋰合金。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，具體涉及一種鎂鋰合金，尤其是涉及一種高強韌變形鎂鋰合金及其制備方法。

背景技術

鎂合金是21世紀的綠色工程材料，具有密度低、比強度和比剛度高等優點，其中鎂鋰合金作為最輕的金屬結構材料符合輕量化的迫切需求，在軍事、航空航天以及電子產品等領域也越來越受到重視。但是鎂鋰合金強度較低，目前已經開發出的一系列鎂鋰合金往往不能同時滿足強度高塑性好的要求。

對于鎂鋰合金強度的提升，常用方法為對合金進行微合金化、熱處理和塑性變形。已有報道在鎂鋰合金中加入Al、Zn、Ag、Si等元素來實現對鎂鋰合金的微合金化。研究發現，向Mg-14Li合金中添加1～3wt.％的Al元素，合金的強度大幅上升，抗拉強度由120MPa增加到201MPa，但延伸率卻大幅下降，由35％下降到4％，這就限制了材料的應用范圍，如何在保證材料強度的同時改善其塑性就成了此類合金的技術難題。通常為了進一步提高鎂鋰合金強韌性而向其中添加稀土元素，有研究表明，Er等稀土元素對鎂鋰合金的強化作用較為突出。張中武等公開了《一種鉺強化鎂鋰合金及其制備方法》(公開號CN106676351A)，合金成分的質量百分比為：Li：5～11％、Er：0.5～10％，余量為鎂，在氬氣保護氣氛下熔煉澆注合金鑄錠，在200℃～500℃溫度下進行均勻化處理0.5～10h，在250℃～400℃溫度范圍內進行多道次軋制制備的鎂鋰合金晶粒細小，力學性能良好，但此合金鋰含量較低導致合金密度較大，且塑性一般，變形工藝復雜成本較高，為了進一步提高合金強韌性，這就需要探索一種新的方法在保證強度的同時提高合金的塑性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有鎂鋰合金存在的不足，提供一種高強韌變形鎂鋰合金及其制備方法。本發明中提及的鎂鋰合金中鋰的含量為8～16wt.％以保證其較小的密度。本發明向鎂鋰合金中加入Al元素含量為2～7wt.％，因為當加入的Al含量很少時不能起到很好的固溶強化效果也無法和稀土元素形成高溫穩定的第二相和準晶相，但當加入過多的Al元素時組織變得粗大，第二相顆粒尺寸也明顯變大對性能不利，所以本專利優化出的Al元素的含量為2～7wt.％，不僅能起到良好的固溶強化的作用還能與稀土元素形成較細小的第二相彌散顆粒。同時，Er元素的加入能夠使雙相的鎂鋰合金中針狀α-Mg變為短棒狀，使單相β-Li基體組織細化，不僅能夠起到細晶強化的作用，還能與Al元素形成Al₂Er、Al₂Er₃等高溫穩定相以及準晶相進一步強化合金。Er含量過低晶粒細化不明顯起不到強化作用，含量過高則使第二相顆粒尺寸變大反而會降低合金性能，本專利優化出Er元素的含量為0.3～3wt.％。此外，Ca元素的引入能夠明顯改善鎂鋰合金的塑性，優化的含量為0.2～1.5wt.％。另外，本專利經過熱處理結合塑性變形制備出一種高強韌變形鎂鋰合金，其中塑性變形工藝采用擠壓、軋制或鍛造的方式進行。先將所述鎂鋰合金鑄錠在250℃～450℃進行固溶處理4～10h，固溶時間完成后當鑄錠冷卻至100℃～250℃時進行塑性變形，省去了塑性變形前單獨的均勻化處理。這樣不僅簡化了工藝，而且避免了塑性變形前進行的均勻化處理引起的時效軟化作用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：