一种多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法，多元微合金化双相镁锂合金由以下质量百分数的元素组成：Li 9.10％～9.50％、Al 1.80％～2.20％、Zn 1.20％～1.50％、Zr 0.20％～1.00％、Ca 0.10％～0.50％、Ag 0.10％～0.50％、轻稀土元素0.10％～0.50％、重稀土元素0.10％～2.00％，其余为Mg及杂质元素。本发明专利技术的多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法对Li元素含量合理控制，形成α相、β相最佳比例的α+β双相组织，并通过多元微合金化方式，从而获得了同时具有高强度和高延伸率的双相镁锂合金。

A Multi-element Microalloyed Duplex Magnesium-Lithium Alloy and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料加工
，具体涉及一种多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金是最轻的金属结构材料，其密度仅为铝合金的2/3，钢铁的1/4。与其他金属结构材料相比，镁合金具有高比强度、比刚度、阻尼性、电磁屏蔽性能和易切削、易回收等优点，在航空航天、国防军事工业、汽车、电子通讯等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。镁合金按合金化成分可以分为：镁铝、镁锌、镁锂和镁稀土等系列合金。金属锂作为最轻的金属元素，其密度只有0.534g/cm3，因而镁锂合金是密度最低的镁合金，在航空航天和国防军事等领域可望代替铝合金、钛合金等材料。根据Mg-Li二元合金相图，当Li的含量在5.7～10.3wt.％时，镁锂合金由α+β双相组成，α相为密排六方晶格结构的镁固溶体，而β相为体心立方晶格结构的锂固溶体。当锂含量超过10.3wt.％时，镁锂合金以单一的β相存在。当锂含量低于5.7wt.％时，合金以单一的α相存在。α相的密排六方晶格结构的镁固溶体可使镁锂合金的强度提高，但是，由于密排六方结构中可以独立开动的滑移系较少，塑性差，因此，镁锂合金中α相密排六方晶格结构的镁固溶体越多镁锂合金的强度越高，但相应会造成合金塑性的大大降低，延伸率大大降低；而β相的体心立方晶格结构的锂固溶体可提高镁锂合金的塑性，但β相的增多使镁锂合金的强度下降。因此，现有技术中的镁锂合金无法同时获得高强度和高延伸率。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法，通过多元微合金化、铸造、塑性成形和热处理等工艺获得高强度高延伸率的双相镁锂合金，可同时提高镁锂合金强度和延伸率。为了解决上述问题，本专利技术提供一种多元微合金化双相镁锂合金，由以下质量百分数的元素组成：Li9.10％～9.50％、Al1.80％～2.20％、Zn1.20％～1.50％、Zr0.20％～1.00％、Ca0.10％～0.50％、Ag0.10％～0.50％、轻稀土元素0.10％～0.50％、重稀土元素0.10％～2.00％，其余为Mg及杂质元素。该多元微合金化双相镁锂合金通过对Li元素含量的合理调控，使镁锂合金内形成α相、β相最佳比例范围的α+β双相组织，通过占更多体积分数的体心立方结构的β相大幅提高材料的延伸率，通过密排六方的α相提高材料的强度；同时通过多元微合金化方式，形成细小弥散第二相进一步提高合金材料强度，从而获得了同时具有高强度和高延伸率的双相镁锂合金。其中，适量的Al和Zn的加入，使Al和Zn形成MgLi2Al和MgLi2Zn相，进一步提高了合金的强度，而加入的适量的Ag和重稀土元素，可以抑制时效过程中MgLi2Al和MgLi2Zn两相分解为软化相，使得合金的强度进一步提高；Zr、Ca的加入可以细化铸锭晶粒尺寸，进而降低铸锭偏析；并结合少量轻稀土元素的加入，可弱化塑性变形过程中形成的织构，并形成均匀细小的晶粒组织，使得合金具有良好的延伸率。稀土元素一般被划为两个亚族，包括具有较低的原子序数和较小质量的轻稀土元素和具有较高的原子序数和较大质量的重稀土元素，其中，轻稀土元素包括镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu7个元素，重稀土元素包括钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu、钇Y。技术方案中，优选的，轻稀土元素为La、Ce、Nd、Sm中的一种或多种。技术方案中，优选的，重稀土元素为Gd、Tb、Er、Tm、Yb、Y中的一种或多种。其中，杂质元素指在制备合金的过程中由制备合金的原料带入的不可避免的杂质元素，即存在于金属中的但并非有意加入或保留的金属或非金属元素，优选的，不可避免的杂质元素的质量百分数为0％-0.15％，进一步优选的，杂质元素中Na的质量百分数小于合金质量的0.06％。技术方案中，优选的，该多元微合金化双相镁锂合金由以下质量百分数的元素组成：Li9.20％～9.30％、Al1.90％～2.10％、Zn1.30％～1.40％、Zr0.50％～0.80％、Ca0.20％～0.40％、Ag0.10％～0.30％、轻稀土元素0.20％～0.30％、重稀土元素1.00％～1.50％，其余为Mg及杂质元素。进一步优选的，该多元微合金化双相镁锂合金由以下质量百分数的元素组成：Li9.20％、Al2.00％、Zn1.30％、Zr0.50％、Ca0.30％、Ag0.20％、Ce0.25％、Gd1.50％，其余为Mg及杂质元素。本专利技术的另一目的是提供一种制备上述多元微合金化双相镁锂合金的方法，包括以下步骤：S1.按选定质量百分数取原料；S2.将步骤S1中原料混合，然后进行熔炼、精炼得到熔体；S3.使用步骤S2中熔体进行浇铸，得到铸锭；S4.对步骤S3中铸锭进行均匀化处理，并切成坯料；S5.对步骤S4中坯料进行成型得到成型件；S6.对步骤S5中成型件进行时效强化处理得到多元微合金化双相镁锂合金。其中，优选的，步骤S1具体为：按照选定的质量百分数取纯镁锭、纯铝锭、纯锌锭、纯银粉、Mg-Li中间合金、Mg-Zr中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-稀土中间合金。具体的，Mg-Li中间合金可采用Mg-20％Li中间合金，Mg-Zr中间合金可采用Mg-30％Zr中间合金，Mg-Ca中间合金可采用Mg-30％Ca中间合金，Mg-稀土中间合金可采用Mg-30％RE中间合金。其中，优选的，步骤S2具体为：将原料混合，然后在保护气氛下于700-740℃加热，熔炼40-60min，并精炼20-40min，以排除熔体中的夹杂物，精炼后升温至740-760℃，并静置30-40min。优选的，步骤S2具体为：将原料在保护气氛下于700℃加热，熔炼60min，并精炼20min，精炼后升温至760℃，静置40min。进一步优选的，在熔炼过程中，还对熔炼得到的熔体进行搅拌，搅拌时间为5-15min。进一步优选的，搅拌时间为10min。其中，精炼的过程可通过加入精炼剂实现，也可以通过在精炼炉中吹入Ar等气体实现。其中，保护气氛为惰性气氛，可以为氩气、氮气或氦气，优选氩气。由于合金在熔炼过程中会不可避免的吸收和携带气体和产生夹杂物，这样会使合金的纯度降低，而通过精炼可排出产生的气体和夹杂物，提高合金的纯度和质量，精炼后的升温静置可使杂质快速上浮或下沉，进一步提高合金的纯度。其中，步骤S3中使用步骤S2中熔体进行浇铸的浇铸温度为650-680℃，优选的，浇铸温度为660℃。其中，步骤S4中均匀化处理选择双级固溶处理，具体为：将铸锭升温至280～320℃并保温1-16h，然后升温至360-400℃并保温2-24h。均匀化处理结束后降温过程优选风冷降温方式。采用双级固溶处理工艺，一方面可降低塑性变形前合金中第二相的含量，另一方面可以防止热处理过程中部分低熔点相熔化和晶粒粗化，为变形后得到细小均匀的组织奠定了基础。其中，步骤S5中成型的方式为挤压成型、轧制成型、铸造成型或锻造成型，其中，优选的，挤压成型的挤压温度为150-400℃，挤压比为10:1-60:1，挤压速度为0.1-40m/min；轧制成型的开轧温度为350℃，终轧温度为150～250℃，道次压下量5％～20％，总压下率为50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多元微合金化双相镁锂合金，其特征在于，由以下质量百分数的元素组成：Li 9.10％～9.50％、Al 1.80％～2.20％、Zn 1.20％～1.50％、Zr 0.20％～1.00％、Ca 0.10％～0.50％、Ag 0.10％～0.50％、轻稀土元素0.10％～0.50％、重稀土元素0.10％～2.00％，其余为Mg及杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种多元微合金化双相镁锂合金，其特征在于，由以下质量百分数的元素组成：Li9.10％～9.50％、Al1.80％～2.20％、Zn1.20％～1.50％、Zr0.20％～1.00％、Ca0.10％～0.50％、Ag0.10％～0.50％、轻稀土元素0.10％～0.50％、重稀土元素0.10％～2.00％，其余为Mg及杂质元素。2.根据权利要求1所述的多元微合金化双相镁锂合金，其特征在于：所述杂质元素的质量百分数为0-0.15％。3.根据权利要求1所述的多元微合金化双相镁锂合金，其特征在于：所述轻稀土元素为La、Ce、Nd、Sm中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的多元微合金化双相镁锂合金，其特征在于：所述重稀土元素为Gd、Tb、Er、Tm、Yb、Y中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的多元微合金化双相镁锂合金，其特征在于，由以下质量百分数的元素组成：Li9.20％～9.30％、Al1.90％～2.10％、Zn1.30％～1.40％、Zr0.50％～0.80％、Ca0.20％～0.40％、Ag0.10％～0.30％、轻稀土元素0.20％～0.30％、重稀土元素1.00％～1.50％，其余为Mg及杂质元素。6.一种制备如权利要求1-5任一所述的多元微合金化双相镁锂合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.按选定质量百分数取原料；S2.将步骤S1中所述原料混合，然后进行熔炼、精炼得到熔体；S3.使用步骤S2中所述熔体...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡毅，
申请(专利权)人：北京易联结科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11