一种镁锂合金及其制备方法和镁锂合金板材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镁锂合金及其制备方法和镁锂合金板材的制备方法，其中镁锂合金按重量百分比由以下组分组成：10％～15％的Li；3％～6％的Al；0.3％～2.0％的Sr；0.05％～1.0％的Sc；0.05～0.5％的Zr；限制杂质元素Fe≦0.005％，Ni≦0.002％，Cu≦0.02％；其余为Mg。本发明专利技术提供的镁锂合金通过元素Sr和Sc的添加，不但提高了合金耐热性，有效克服了β相镁锂合金因过时效作用而显著降低合金力学性能，并且Al3Sc在固液界面富集能阻碍枝晶生长，从而细化合金的铸态组织，由于合金凝固后Al3Sc相多分布在晶界，对晶界起到很强的钉扎作用，能显著提高合金屈服强度和抗拉强度。

【技术实现步骤摘要】
一种镁锂合金及其制备方法和镁锂合金板材的制备方法
本专利技术涉及超轻高强度金属合金领域，特别涉及一种镁锂合金及其制备方法和镁锂合金板材的制备方法。
技术介绍
镁锂合金是目前最轻的金属结构材料，该合金具有密度低，比强度和比刚度高，塑性好以及阻尼性能高等特点，是发展超轻高强度合金最具潜力的合金之一。根据镁-锂二元合金相图，在锂含量超过5.7wt％时，镁锂合金的组织中除了形成hcp结构的α相外，还会出现bcc结构的β相。在锂含量大于10.3wt％时，合金的基体组织为具有bcc结构的β固溶体。由于bcc结构的出现，改变了镁合金因为hcp结构引起的滑移系少，加工成型困难的缺点，使得镁锂合金的塑性得到极大程度的提高。以美国为代表欧美发达国家最先开始镁锂合金的研究开发。1942年起，美国冶金家A.C.Loonam提议向镁基合金中添加金属锂，以期在改善镁合金的加工性能的同时进一步降低镁合金的比重；美国Battelle研究所开始了大规模的镁锂合金研制工作，熔铸批次达1700余次，研究目标是开发出比重低、比强度高、比刚度高、塑性好的超轻合金；1957年，美国陆军弹道导弹部门与Battelle研究所合作，研制出了商业LA141合金(Mg-14Li-1Al，密度1.35g/cm3，抗拉强度130MPa，延伸率12％，杨氏模量42.7GPa)并将其纳入航空标准AMS4386。60年代中期至1990年，前苏联科学院相继开发出了可焊接、可锻造的MA21、MA18等合金，并制出了强度与延性较好、组织稳定的镁锂合金零部件。我国对镁锂合金的研究较晚，自90年代起才开始对镁锂合金进行研究。乐启炽，崔建忠研究了Zr对Mg-Li合金力学性能的影响，研究发现，合金结晶时，Zr与Mg不形成化合物，而是以α-Zr形式析出，α-Zr与金属Mg均为hcp结构，而且两者的晶格常数接近(α-Zr：)，先析出的α-Zr结晶微粒成为Mg结晶的异质晶核，提高形核率。另外，添加Zr元素可以减缓合金元素的扩散速度，阻止晶粒长大，合金的强度和塑性显著提高(乐启炽，崔建忠.Zr对Mg-Li合金力学性能的影响[J].材料导报，1997，11(1)：26-28)。由于该合金中添加了约13.5wt％的Zn元素，其比重远高于Mg、Li元素，这与制造低密度、高强度镁锂合金的初衷背道而驰。冯林平，陈斌等研究了β基Mg-12Li-3Al-5Zn合金的塑性变形行为，结果表明，β相(bcc结构)为基体Mg-12Li-3Al-5Zn合金具有良好的室温成型能力，合金经100℃轧制+220℃×2h时效处理后抗拉强度值达到273Mpa，延伸率达14.6％，屈强比高达0.93(冯林平，陈斌，钟皓.β基Mg-12Li-3Al-5Zn合金的塑性变形行为[J].金属热处理，2005,30(3):36-39)。但该合金中Al和Zn含量较高，合金中含有大量的MgLi2Al化合物，该化合物在时效过程中易分解为AlLi、MgLiAl2金属间化合物，对合金基体没有强化效果，导致过时效现象。另外，合金中的主要强化相Mg17Al12由于热稳定性差，导致合金的耐热性差。张密林，巫瑞智等人公开的专利(一种高强度的镁锂合金，公开号CN10112-1981A)中采用Al、Zn、Ce作为强化元素制备了Mg-5Li-3Al-1Zn-1.0Ce合金，该合金的抗拉强度达到300MPa，延伸率为10％，密度为1.6g/cm3。由于该合金中Li含量较低，合金的基体相主要为hcp结构的α-Mg，导致其室温变形加工能力差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种能克服β单相镁锂合金热稳定性差，易产生过时效现象等问题的镁锂合金及其制备方法，以及利用该镁锂合金制备镁锂合金板材的方法。为解决上述技术问题，本专利技术首先提供了一种镁锂合金，其按重量百分比由以下组分组成：10％～15％的Li；3％～6％的Al；0.3％～2.0％的Sr；0.05％～1.0％的Sc；0.05～0.5％的Zr；限制杂质元素Fe≦0.005％，Ni≦0.002％，Cu≦0.02％；其余为Mg。优选地，按重量百分比由以下组分组成：12％～14％的Li；3.0％～5.0％的Al；0.5％～1.2％的Sr；0.3％～0.6％的Sc；0.3％～0.5％的Zr；限制杂质元素Fe≦0.005％，Ni≦0.002％，Cu≦0.02％；其余为Mg。本专利技术还提供了一种上述镁锂合金的制备方法，其包括如下步骤：(1)按比例称取各合金组分Mg、Li、Al、Sr、Sc和Zr；(2)将各合金组分在720℃～740℃下熔化，保温5min～10min后进行浇注，即得到镁锂合金，上述熔化可在真空感应熔炼炉中进行。优选地，包括如下步骤：(1)按比例称取纯Mg锭、纯Li锭、纯Al锭、Mg-10Sc合金、Mg-30Zr合金和Mg-15Sr合金；(2)将纯Mg锭、纯Li锭、纯Al锭加热至720℃～740℃熔化，再加入Mg-10Sc合金、Mg-30Zr合金和Mg-15Sr合金，全部溶化后搅拌5min～10min，本专利技术中的Sc、Zr和Sr元素均以中间合金形式加入，有利于降低元素烧损，以更好的控制生产成本。优选地，所述步骤(2)在氩气气氛下进行保护，氩气的作用主要体现在三个方面：1)作为保护气氛，防止熔体被氧化；2)消除抽真空后造成的炉内负压；3)搅拌熔体，均匀化学成分。本专利技术进一步地提供了一种镁锂合金板材的制备方法，其包括如下步骤：(1)将上述镁锂合金去皮后在300℃～400℃下进行均匀化热处理，选择在300℃～400℃(约0.5～0.7Tm)均匀化热处理可以均匀化学成分，改善镁锂合金的成型性能，同时也可防止镁锂合金组织过烧；(2)将均匀化热处理后的镁锂合金在25℃～200℃的温度区间内轧制，道次压下量20％～40％，累计压下量≥80％时进行退火处理，即得到镁锂合金板材。由于本专利技术提供的镁锂合金中的Li含量大于10％，合金的显微组织基本为具有体心立方结构的单相β组织，而体心立方晶体塑性成形性好，可以进行冷轧或温轧加工，因此本专利技术的镁锂合金板材可以在25℃～200℃的低温环境加工，从而有利于降低电能消耗，提高生产效率。优选地，所述步骤(2)为：将均匀化热处理后的镁锂合金在25℃～200℃的温度区间内轧制，道次压下量20％～40％，累计压下量≥80％时在150℃～350℃下退火处理0.5h～6h，即得到镁锂合金板材，其中，采用道次压下量20％～40％有利于防止过大的单道次变形量而引起镁锂合金板材边裂，150℃～350℃×0.5h～6h的退火制度有利于充分消除轧制残余应力，稳定板材组织。更优选地，所述步骤(2)具体为：将均匀化热处理后的镁锂合金在25℃～200℃的温度区间内轧制，道次压下量20％～40％，累计压下量≥50％时在250℃～350℃下退火处理0.5h～1h，选择累计压下量≥50％时进行200℃～350℃中间退火处理可通过静态再结晶作用，消除加工硬化，改善后续变形加工性能，随后再在25℃～200℃的温度区间内轧制，道次压下量20％～40％，累计压下量≥80％时在150℃～300℃下退火处理0.5h～6h，即得到镁锂合金板材。优选地，为了防止镁锂合金氧化，所述步骤(1)中镁锂合金去皮后表面覆盖一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁锂合金，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：10％～15％的Li；3％～6％的Al；0.3％～2.0％的Sr；0.05％～1.0％的Sc；0.05～0.5％的Zr；限制杂质元素Fe≦0.005％，Ni≦0.002％，Cu≦0.02％；其余为Mg。

【技术特征摘要】
1.一种镁锂合金，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：12％～14％的Li；3.0％～5.0％的Al；0.5％～1.2％的Sr；0.3％～0.6％的Sc；0.3％～0.5％的Zr；限制杂质元素Fe≦0.005％，Ni≦0.002％，Cu≦0.02％；其余为Mg。2.一种权利要求1所述的镁锂合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按比例称取各合金组分Mg、Li、Al、Sr、Sc和Zr；(2)将各合金组分在720℃～740℃下熔化，保温5min～10min后进行浇注，即得到镁锂合金。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按比例称取纯Mg锭、纯Li锭、纯Al锭、Mg-10Sc合金、Mg-30Zr合金和Mg-15Sr合金；(2)将纯Mg锭、纯Li锭、纯Al锭加热至720℃～740℃熔化，再加入Mg-10Sc合金、Mg-30Zr合金和Mg-15Sr合金，全部溶化后搅拌5min～10min。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)在氩气气氛下进行保护。5.一种镁锂合金板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将权利要求1所述的镁锂合金去皮后在300℃～4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坊平，魏庆丰，张丽芳，马涛，崔凯，
申请(专利权)人：安徽江淮汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34