一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法，按质量百分比计包含：Li：8～13wt.％，Al：2～6wt.％，Sn：1～3wt.％，稀土元素(RE)：0.5～3wt.％，Ca：0～1wt.％，Sr：0～1wt.％，Mn：0～1wt.％，余量为镁和不可避免的杂质，其中，杂质总量在镁锂合金材料中的占比小于0.1wt.％。制备方法包括：按照镁锂合金中各组分的质量百分比将原料混合后进行熔炼铸造，得到镁锂合金铸态合金铸锭，将铸态合金铸锭进行固溶处理，得到镁锂合金固溶态合金铸锭；将固溶态合金铸锭进行低温挤压变形。本发明专利技术通过选择特定的合金化元素，利用元素之间的协同作用，在降低合金密度的同时获得高强韧镁锂合金，制备方法操作简单，成本低，便于推广使用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于有色金属材料
，特别涉及一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁锂合金密度一般为0.9～1.6g/cm3，是钢铁的1/5，铝合金的1/2，比普通镁合金还要轻1/4～1/3，因此被称为超轻合金。同时，其具有高比强度、高比刚度，抗压强度、塑性和较低的冲击韧度、低缺口敏感性、阻尼性能及良好的电磁屏蔽性能等特点，已经成为航天领域新一代的轻质结构材料之一，具有广阔的应用前景。然而，绝对强度低、力学性能稳定性差、强度和密度难匹配等因素严重限制了镁锂合金在航天领域的应用。因此，针对新型卫星等航天器轻量化发展需求，需要开发出一种300MPa级的新型超轻高强镁锂合金材料代替传统铝合金，满足承载要求，实现整体结构减重。
[0003]合金化是提升镁锂合金材料力学性能的重要方法之一。Al和Zn是镁锂合金中主要的合金化元素，并已经形成了Mg-Li-Al、Mg-Li-Zn或Mg-Li-Al-Zn等合金体系，这些元素在镁锂合金中的固溶度有限而对合金强度的提高有限，同时易产生过时效现象而导致合金力学性能稳定性较差。现阶段开发的LA141、LA103、LAZ931等合金牌号强度普遍低于300MPa。
[0004]查询相关文献可知，抗拉强度达到300MPa的镁锂合金的Li含量较低，合金密度偏高，同时延伸率也有所降低。随着Li含量的增大，合金的强度和密度降低，需要同时提高其他合金元素的含量，给合金材料制备带来困难。而且，这些镁锂合金的铸态强度非常低，往往需要通过多次挤压、轧制等变形加工工艺才能使得合金强韧性满足要求，制备工艺较复杂成本较高，且材料规格较小，仅以薄板为主。
[0005]因此，有必要开发出一种300MPa级的镁锂合金及其制备方法，在降低合金密度的同时，获得高强韧镁锂合金，且制备方法操作简单，成本低。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法，通过提高镁锂合金中Li的含量，可显著降低合金材料的密度，同时提高合金塑性；通过向镁锂合金中添加Al、Sn、稀土元素(RE)，通过控制其含量和配比，在保持材料低密度的条件下，可实现细晶强化、固溶强化和析出强化的共同作用，提高合金强韧性的同时有效抑制过时效软化现象的产生；通过向镁锂合金中引入微量合金元素Ca、Sr和Mn，可进一步细化合金晶粒组织，有效改善合金的强韧性，且提高合金的热稳定性。另外，Ca在熔炼过程中起到阻燃的作用。本专利技术在优化合金元素成分的基础上，提供了一种镁锂合金材料的制备方法，可明显改善合金材料冶金质量，有效抑制制备过程中镁锂合金的过时效软化现象，使得合金晶粒组织细化、强化相均匀分布，进一步提高其强韧性，实现镁锂合金低密度与高强韧性能相匹配，最终制备出300MPa级镁锂合金材料。
[0007]本专利技术提供的技术方案如下：
[0008]第一方面，一种300MPa级镁锂合金材料，包括：按质量百分比计包含：Li：8～13wt.％，Al：2～6wt.％，Sn：1～3wt.％，稀土元素(RE)：0.5～3wt.％，Ca：0～1wt.％，Sr：0～1wt.％，Mn：0～1wt.％，余量为镁和不可避免的杂质，其中，杂质总量在镁锂合金材料中的占比小于0.1wt.％。
[0009]第二方面，一种300MPa级镁锂合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1，按照镁锂合金中各组分的质量百分比将原料混合后进行熔炼铸造，得到镁锂合金铸态合金铸锭；
[0011]步骤2，将铸态合金铸锭进行固溶处理，得到镁锂合金固溶态合金铸锭；
[0012]步骤3，将固溶态合金铸锭进行低温挤压变形。
[0013]根据本专利技术提供的一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法，具有以下有益效果：
[0014](1)本专利技术提供的一种300MPa级镁锂合金材料，涉及的合金成分中Li含量较高，同时引入Al、Sn、RE元素并控制其含量和质量配比，不仅可以产生固溶强化效果，同时还可以形成MgLi2Sn、Al2RE、Al3RE等高温稳定强化相，减少AlLi相的形成，提高合金强韧性并改善其热稳定性；Sn、RE元素的添加可以有效细化合金组织，可进一步改善合金的强韧性；
[0015](2)本专利技术提供的一种300MPa级镁锂合金材料，引入微量Ca、Sr、Mn合金元素，有效细化合金晶粒组织，并改善合金的热稳定性；
[0016](3)本专利技术提供的一种300MPa级镁锂合金材料的制备方法，通过熔炼铸造、固溶处理、低温挤压变形工段以及各工段中工艺参数的设置，可以明显改善合金材料冶金质量，有效抑制制备过程中镁锂合金的过时效软化现象，使得合金晶粒组织细化、强化相均匀分布，进一步提高其强韧性，实现镁锂合金低密度与高强韧性能相匹配，最终制备出300MPa级镁锂合金材料，满足航空航天等领域对于新型轻质结构材料的需求；
[0017](4)本专利技术提供的一种300MPa级镁锂合金材料的制备方法，制备得到的新型轻质结构材料可以为棒材，较目前的板材镁锂合金，具有更为广泛的用途；
[0018](5)本专利技术提供的一种300MPa级镁锂合金材料的制备方法，该制备方法操作简单，成本低，便于推广使用。
具体实施方式
[0019]下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0020]根据本专利技术的第一方面，提供了一种300MPa级镁锂合金材料，按质量百分比计包含：锂(Li)：8～13wt.％，铝(Al)：2～6wt.％，锡(Sn)：1～3wt.％，稀土元素(RE)：0.5～3wt.％，钙(Ca)：0～1wt.％，锶(Sr)：0～1wt.％，锰(Mn)：0～1wt.％，余量为镁和不可避免的杂质，其中，所述杂质包括硅(Si)、铁(Fe)、铜(Cu)和镍(Ni)的其中一种或多种，杂质总量小于0.1wt.％。
[0021]优选地，300MPa级镁锂合金材料，按质量百分比计包含：Li：8.5～11.5wt.％，Al：2.5～5wt.％，Sn：1.5～3wt.％，稀土元素(RE)：0.5～2wt.％，Ca：0～0.5wt.％，Sr：0～0.5wt.％，Mn：0～0.5wt.％，余量为镁和不可避免的杂质，其中，所述杂质包括Si、Fe、Cu和Ni的其中一种或多种，杂质总量小于0.02wt.％。
[0022]优选地，所述RE为单一稀土元素钇(Y)或者富Y混合稀土(RY)中的一种；其中，富Y混合稀土为Y占稀土总量85wt.％以上的混合稀土。选择Y元素的原因主要是Y的添加可细化和球化α相，同时与Al形成高温稳定强化相起到第二相强化的作用，提高合金的热稳定性。另外，Y的加入利于合金塑性的提高，可以使合金获得良好的综合力学性能。选择富Y混合稀土可以看作是元素Y加入合金的一种方式，因为混合稀土的成本相对纯稀土元素低，在合金化产生强化效果相同的条件下，用混合稀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种300MPa级镁锂合金材料，其特征在于，按质量百分比计包含：Li：8～13wt.％，Al：2～6wt.％，Sn：1～3wt.％，稀土元素：0.5～3wt.％，Ca：0～1wt.％，Sr：0～1wt.％，Mn：0～1wt.％，余量为镁和不可避免的杂质，其中，杂质总量在镁锂合金材料中的占比小于0.1wt.％。2.根据权利要求1所述的300MPa级镁锂合金材料，其特征在于，按质量百分比计包含：Li：8.5～11.5wt.％，Al：2.5～5wt.％，Sn：1.5～3wt.％，稀土元素：0.5～2wt.％，Ca：0～0.5wt.％，Sr：0～0.5wt.％，Mn：0～0.5wt.％，余量为镁和不可避免的杂质，杂质总量在镁锂合金材料中的占比小于0.02wt.％。3.根据权利要求1所述的300MPa级镁锂合金材料，其特征在于，所述稀土元素为单一稀土元素Y或者富Y混合稀土中的任意一种；其中，富Y混合稀土为Y占稀土总量85wt.％以上的混合稀土。4.根据权利要求1所述的300MPa级镁锂合金材料，其特征在于，所述Al和Sn的质量比为1～4:1；和/或所述Sn和RE的质量比为1～2.5:1。5.根据权利要求1所述的300MPa级镁锂合金材料，其特征在于，所述镁锂合金材料中各组成分别以Mg单质、Li单质、Al单质、Sn单质、Ca单质、Mg-RE中间合金、Mg-Sr中间合金和Mg-Mn中间合金的形式引入。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜玥，张景琪，黄啸辰，张亚莲，陆子川，张绪虎，姚草根，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：