一种含Li的轻质高强镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含Li轻质高强镁合金，具有以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Li：5～8wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。本发明专利技术材料具有同类材料中较低的密度。本发明专利技术材料以含稀土金属间化合物的析出强化为主要强化机制，并通过添加Li元素降低了材料的密度，并形成了新的Mg‑RE‑Li共晶体微观组织，优化了合金组织形貌，在显著细化组织、提高塑性的前提下，新形成的Mg‑RE‑Li共晶体微观组织使添加Li对原合金体系的性能削弱大大减小。本发明专利技术提供了一种含Li的轻质高强镁合金的制备方法。

A lightweight high-strength magnesium alloy containing Li and its preparation method

The invention provides a light high strength magnesium alloy containing Li, which has the following components: Y: 4.5-6.5wt%, Nd: 1.5-4.0wt%, Gd: 1.5-4.0wt%, Li: 5-8wt%, Zr: 0.15-1.5wt% and the remaining amount of Mg, in which the total amount of rare earth elements is not more than 10wt%. The material of the invention has low density in the same material. The main strengthening mechanism of the material is precipitation strengthening of intermetallic compound containing rare earth, and the density of the material is reduced by adding Li element, and a new Mg_RE_Li eutectic microstructure is formed, the morphology of the alloy structure is optimized, and the newly formed Mg_RE_Li eutectic is formed on the premise of remarkably refining the structure and improving the plasticity. The microstructure of the alloy decreases the performance of the original alloy by adding Li. The invention provides a preparation method of a lightweight high-strength magnesium alloy containing Li.

【技术实现步骤摘要】
一种含Li的轻质高强镁合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料
，尤其涉及一种含Li的轻质高强镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金因具有铸造工艺性能优良、塑性佳、减震性能好等优点而得到广泛应用。随着汽车、电子、航空工业的发展，目前镁合金的应用已扩展到大型部件和动力系统，这就对镁合金的强度、塑性、阻尼性能提出了更高要求。添加稀土元素是提高镁合金强度、耐蚀性的有效手段。Mg-Y-Nd-Zr合金体系因具有良好的室温及高温强度，在导弹军工、轨道交通等领域受到重视，但也因稀土含量较高而存在密度较高、塑性较差等固有缺陷，难以满足极端条件下结构减重的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含Li的轻质高强镁合金及其制备方法，本专利技术中的轻质高强镁合金在保持了原有合金强度及耐热性能的基础上，降低了合金密度，且合金塑性好。本专利技术提供一种含Li的轻质高强镁合金，具有以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Li：5～8wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。本专利技术提供一种含Li的轻质高强镁合金的制备方法，包括以下步骤：A)将纯Mg、纯Li、Mg-Zr中间合金和Mg-RE中间合金按照以下质量分数进行配料，熔炼并浇铸成型；RE＝Y，Nd和Gd；Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Li：5～8wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％B)将铸件进行热处理或挤压，得到含Li的轻质高强镁合金。优选的，所述步骤A)具体为：(1)在CO2和SF6混合气体的保护下，将纯Mg、纯Li、Mg-Zr中间合金和Mg-RE中间合金按比例进行配料，进行烘干，烘干温度为100～200℃，烘干时间为1～2h；所述CO2与SF6的体积比为99.5：0.5；(2)将烘干好的纯Mg、纯Li、Mg-RE中间合金放入坩埚中随炉升温，直至完全熔化，温度控制在680～780℃；(3)将熔体升温至700～740℃，将烘干好的Mg-Zr中间合金加入到熔体中，完全熔化后搅拌5～10分钟；(4)将熔体降温至680～700℃，静置20～40分钟；(5)刮除熔体表面浮渣，进行浇铸成型。优选的，所述步骤B)中的热处理依次包括固溶处理和时效处理。优选的，所述固溶处理的温度为450～500℃；所述固溶处理的时间为6～24小时。优选的，所述时效处理的温度为180～200℃；所述时效处理的时间为12～72小时。优选的，所述挤压包括以下步骤：将铸件依次进行均匀化、预热、挤压和时效处理，得到含Li的轻质高强镁合金。优选的，所述均匀化的温度为450～500℃；所述均匀化的时间为4～10小时。优选的，所述预热的温度为300～350℃；所述预热的时间为2～2.5小时；所述挤压比为(8～20)：1；所述挤压的速度为0.01～1.0m/min。优选的，所述时效处理的温度为180～200℃；所述时效处理的时间为10～72小时。本专利技术提供了一种含Li的轻质高强镁合金，具有以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Li：5～8wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术材料因添加了高体积分数的Li元素，因此具有同类材料中较低的密度，材料密度1.5～1.8g/mm3，可以作为轻质高强结构材料应用。2、本专利技术材料保持了较好的室温及高温力学性能：铸造后热处理态材料抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到：250～280MPa、150～180MPa、5～9％，挤压后热处理态材料抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到：310～280MPa、180～200MPa、10～14％。铸造后热处理态材料在200℃时抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到：200～230MPa、130～150MPa、11～15％，挤压后热处理态材料在200℃时抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到：220～250MPa、140～160MPa、14～16％，能够满足当前航空航天、导弹军工、轨道交通等领域对轻质结构材料的需求。3、本专利技术材料以含稀土金属间化合物的析出强化为主要强化机制，并通过添加Li元素降低了材料的密度，并形成了新的Mg-RE-Li共晶体微观组织，优化了合金组织形貌，在显著细化组织、提高塑性的前提下，新形成的Mg-RE-Li共晶体微观组织使添加Li对原合金体系的性能削弱(如添加Li后合金强度降低、耐热性差等)大大减小。该合金中稀土含量不高于10wt.％，有效控制了材料成本，生产过程简单易行，工艺性能稳定、良好。由于具有同类材料中优秀的塑性与较低的密度，使本专利技术合金加工性能有了明显提高，应用范围大大扩展，在航天及其他高技术产业有着良好的应用前景。4、本专利技术材料可以采用铸造成型及挤压成型工艺，能够适应不同场合的制备要求，有利于产业化应用简化合金种类，减低技术难度与生产成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中镁合金的金相图；图2为本专利技术实施例5中镁合金的金相图。具体实施方式本专利技术提供了一种含Li的轻质高强镁合金，具有以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Li：5～8wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。在本专利技术中，所述含Li的轻质高强镁合金具体可以是以下配方：Y：4.5wt％，Nd：1.5wt％，Gd：1.5wt％，Li：5wt％，Zr：0.5wt％，余量为Mg；Y：6.5wt％，Nd：1.5wt％，Gd：1.5wt％，Li：6wt％，Zr：0.5wt％，余量为Mg；Y：4.5wt％，Nd：4.0wt％，Gd：1.5wt％，Li：7wt％，Zr：0.5wt％，余量为Mg；Y：4.5wt％，Nd：1.5wt％，Gd：4.0wt％，Li：8wt％，Zr：0.5wt％，余量为Mg。本专利技术还提供了一种含Li的轻质高强镁合金的制备方法，包括以下步骤：A)将纯Mg、纯Li、Mg-Zr中间合金和Mg-RE中间合金按照以下质量分数进行配料，熔炼并浇铸成型；RE＝Y，Nd和Gd；Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Li：5～8wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％B)将铸件进行热处理或挤压，得到含Li的轻质高强镁合金。本专利技术优选将纯Mg、纯Li、Mg-Zr中间合金和Mg-RE中间合金按比例进行配料，进行烘干，烘干温度为100～200℃，烘干时间为1～2h；(2)将烘干好的纯Mg、纯Li、Mg-RE中间合金放入坩埚中随炉升温，直至完全熔化，温度控制在680～780℃。(3)将熔体升温至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含Li的轻质高强镁合金，具有以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Li：5～8wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。

【技术特征摘要】
1.一种含Li的轻质高强镁合金，具有以下质量分数的组分：Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Li：5～8wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％。2.一种含Li的轻质高强镁合金的制备方法，包括以下步骤：A)将纯Mg、纯Li、Mg-Zr中间合金和Mg-RE中间合金按照以下质量分数进行配料，熔炼并浇铸成型；RE＝Y，Nd和Gd；Y：4.5～6.5wt％，Nd：1.5～4.0wt％，Gd：1.5～4.0wt％，Li：5～8wt％，Zr：0.15～1.5wt％，余量为Mg，其中稀土元素总量不超过10wt％B)将铸件进行热处理或挤压，得到含Li的轻质高强镁合金。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)具体为：(1)在CO2和SF6混合气体的保护下，将纯Mg、纯Li、Mg-Zr中间合金和Mg-RE中间合金按比例进行配料，进行烘干，烘干温度为100～200℃，烘干时间为1～2h；所述CO2与SF6的体积比为99.5：0.5；(2)将烘干好的纯Mg、纯Li、Mg-RE中间合金放入坩埚中随炉升温，直至完全熔化，温度控制在680～780℃；(3)将熔体升温至700～7...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟健，孙伟，田政，杨强，管凯，邱鑫，李柏顺，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22