一种高强高成形性镁锂合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于镁锂合金材料制备技术领域，具体涉及一种高强高成形性镁锂合金及其制备方法和应用。本发明专利技术针对现有技术中存在的问题，提供了一种高强高成形性镁锂合金，针对传统Mg

【技术实现步骤摘要】
一种高强高成形性镁锂合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于镁锂合金材料制备
，具体涉及一种高强高成形性镁锂合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]镁锂合金是目前最轻的金属结构材料，同时具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳等优点。比普通镁合金轻1/4～1/3，其密度仅为铝合金密度的1/2、钢铁密度的1/5，符合轻量化的结构材料的要求，在航空航天、电子通讯、武器装备等领域广受青睐。随着镁锂合金应用的不断成熟，镁锂合金的产品形式不再局限于简单的锻件、板材、棒材等，各种形状复杂的镁锂合金结构件的需求量不断增加，这对镁锂合金的成形性提出了更高的要求。
[0003]曲面类结构件作为最常见的结构件之一，其加工工艺对材料成形性的考量非常具有代表性。曲面类结构件主要是利用铸造、精密加工和塑性变形三种方式获得的。目前，镁锂合金的铸造工艺还不成熟，铸造过程中，镁锂合金熔体与膜壳的界面反应问题还未能妥善解决；利用厚板或锻件进行精密加工生产曲面类结构件所需的切削余量大，耗损量最高可达90％，所以此种加工方式成本高、效率低，同时产生的粉尘对环境和人体有害；相比之下，冲压成形是更为切实可行的方法，能够快速生产出壁厚均匀、综合力学性能良好的曲面类零部件。
[0004]现有技术中，对于镁合金成形性研究主要基于传统的变形镁合金，对镁锂合金的研究较少。例如，公开号为CN109182859A的中国专利公开了一种复合形变制备高成形性镁合金板材的方法，包括两次热处理、一次压缩变形和两次轧制变形，所用材料为AZ31
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0.3Mn，其变形后的杯突值为5.3；公开号为CN113444945A的中国专利公开了一种具有环形发散组织的高塑性、高成型性镁合金板材及制备方法，包括Zn：0.5～2％，Li：1～3％，Gd：0.1～1％，余量为Mg，该合金杯突值最大为7.3；公开号为CN109844152A的中国专利公开了一种高成型性镁合金板材及其制备方法，包括Zn：0～3％，Ca：0～1.5％，Mn：0～1.0％，余量为Mg，该合金的最大杯突值为9.0，此时合金的极限抗拉强度为254MPa，屈服强度为185MPa，延伸率为22.2％。
[0005]上述研究均建立在变形镁合金的基础上，由于镁合金属于密排六方(HCP)晶体结构，滑移系少，变形困难，其成形性能和塑性提升均相对有限，制约了镁合金结构件的成形制备。而当在镁合金中加入Li元素后，密度降低、晶格对称性增加、成形能力显著提高。
[0006]但是，于此同时，具有高塑性或高成形能力的镁锂合金普遍存在强度过低的问题，如LZ91N、LA103M等，难以作为承力性结构零部件批量应用。而目前开发的高强镁锂合金又普遍延伸率过低、成形性不高，例如，Liang等人的研究开发了抗拉强度为315MPa、延伸率为3.4％的镁锂合金(参见文献Liang X,Xiang P,Hao J I,et al..Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2021,31(4):925
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938.)；又如，公开号为CN112442620A的中国专利公开了一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法，该合金抗拉强
度最高为307MPa，此时密度为1.54g/cm3，延伸率为13％。
[0007]基于上述问题，有必要开发高强高成形镁锂合金，提高镁锂合金成形件的生产效率，实现曲面零部件的减重替代，扩大其应用领域。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术中存在的问题，提供了一种高强高成形性镁锂合金，针对传统Mg
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Li
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Al
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Zn系镁锂合金综合力学性能不足的现象，利用添加混合RE及微量Ag元素和Zr元素，有效提高Mg
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Li
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Al
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Zn系镁锂合金的综合力学性能并改善时效软化现象和机械持久性差的缺点。
[0009]同时，本专利技术还提供了一种高强高成形性镁锂合金板材的制备方法，通过对Mg
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Li
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Al
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Zn
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RE
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Ag
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Zr镁锂合金进行锻造、挤压、轧制等复合塑性变形，获得了晶粒尺寸细小、组织均匀的高抗拉强度、高延伸率的合金板材，再通过冷热循环处理的方式，在对强度影响较小的情况下即可获得同时兼备良好强度和成形性的镁锂合金板材。
[0010]本专利技术又进一步提供了所述高强高成形性镁锂合金板材的应用。
[0011]基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0012]一种高强高成形性镁锂合金，由以下质量百分比的组分组成：4.5～11.5％Li，0.5～2.2％Al，2.5～5.5％Zn，0.1～3％RE，0.1～1.2％Ag，0.01～0.2％Zr，RE为镧铈混合稀土，Al和Zn总含量应不超过5％，杂质含量应小于0.01％，余量为Mg。
[0013]具体的，镧铈混合稀土RE中，质量比La：Ce≥60:30。
[0014]一种高强高成形性镁锂合金板材的制备方法，包括如下步骤：
[0015](1)真空熔炼与铸造：将所需镁锂合金各组分按照质量百分比进行配料，配料后，抽真空，再充入氩气，然后进行熔炼与浇铸，待铸锭冷却后，获得均质镁锂合金铸锭；
[0016](2)形变热处理：将步骤(1)得到的镁锂合金铸锭机加工除去表面氧化层，然后依次进行锻造、挤压、轧制、冷热循环处理，即得高强高成形性镁锂合金板材。
[0017]具体的，步骤(1)中真空熔炼与铸造具体步骤为：在真空反应炉中抽真空至10Pa，再充入氩气至真空度50kPa，然后升温至650～800℃熔炼30
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90min，然后静置10
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30min，再浇铸，获得高纯净镁锂合金铸锭。
[0018]具体的，步骤(2)中锻造前对步骤(1)所得铸锭进行均匀化处理，具体步骤为将铸锭置于台式热处理炉中，在氮气保护气氛下，于350
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400℃温度均匀化处理2
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6h。
[0019]具体的，步骤(2)中所述锻造工艺为：将步骤(1)所得铸锭加热至280～420℃保温2～12h，然后降温至190～280℃进行多向锻造，锻造比为(2～5.5)：1，终锻温度为150～250℃，锻造后水冷至室温，获得直径为90～180mm的锻棒。
[0020]具体的，步骤(2)中所述挤压工艺为：将锻造所得锻棒机加工除去表面氧化层后加热至200～300℃保温30～100min，然后进行挤压，挤压比为10～60、挤压速度为20～120mm/min，然后空冷或水冷至室温，获得厚度为10～25mm的挤压板材。
[0021]具体的，步骤(2)中所述轧制工艺为：将挤压所得挤压板材加热至300～450℃保温10～210min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高成形性镁锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：4.5~11.5% Li，0.5~2.2% Al，2.5~5.5% Zn，0.1~3% RE，0.1~1.2% Ag，0.01~0.2% Zr，RE为镧铈混合稀土，Al和Zn总含量应不超过5%，杂质含量应小于0.01%，余量为Mg。2.根据权利要求1所述的高强高成形性镁锂合金，其特征在于，镧铈混合稀土RE中，La和Ce的质量比≥2:1。3.一种高强高成形性镁锂合金板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）真空熔炼与铸造：将所需镁锂合金各组分按照质量百分比进行配料，配料后，抽真空，再充入氩气，然后进行熔炼与浇铸，冷却后，获得均质镁锂合金铸锭；（2）形变热处理：将步骤（1）得到的镁锂合金铸锭机加工除去表面氧化层，然后依次进行锻造、挤压、轧制、冷热循环处理，即得高强高成形性镁锂合金板材。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中真空熔炼与铸造具体步骤为：抽真空至10Pa，再充入氩气至真空度50kPa，然后升温至650~800℃熔炼30
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90min，然后静置10
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30min，再浇铸。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述锻造工艺为：将步骤（1）所得铸锭加热至280~420℃保温2~12h，然后降温至190~280℃进行多向...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖阳，宋新宇，刘金学，解海涛，张瑷月，刘志鹏，廖荣跃，江琛琛，
申请(专利权)人：郑州轻研合金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：