一种耐热双相镁锂合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于镁锂合金制备技术领域，具体涉及一种耐热双相镁锂合金及其制备方法。本发明专利技术提出了一种耐热双相镁锂合金，在双相LA系镁锂合金的基础上通过调整Si、Sn、RE、Sr、Cu等多种微量元素的含量，来实现合金耐热、稳定化的目的。本发明专利技术所述耐热双相镁锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li 6%

【技术实现步骤摘要】
一种耐热双相镁锂合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于镁锂合金制备
，具体涉及一种耐热双相镁锂合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁锂合金是目前最轻的合金系，密度低至1.3g/cm3，具有很高的比强度和比刚度、良好的低温抗冲击性能。而且，镁锂合金与其他金属材料具有很大的不同，具有优异的低温力学性能。比较典型的是，LA141镁锂合金在室温下抗拉强度166MPa、屈服强度110MPa、延伸率20％以上，当温度下降到
‑
253℃时，抗拉强度304MPa、屈服强度258MPa、延伸率11％以上，其强度提升的同时，仍然保持了较高水平的塑性，也即随着温度降低其综合力学性能反而提升，在低温环境场景下具有更为显著的应用优势。然而，镁锂合金的强度较低，其耐热性也非常差，一般用作次承力件的非关键部位，应用非常受限。
[0003]己开发的耐热镁合金中所采用的合金元素主要有稀土元素(RE)和硅(Si)，具有良好的合金性能，开发出了AS系、WE系和VW系等合金。目前在镁锂合金中也主要采用这两种元素来试图改善耐热性，美国在1960s就研制了Mg
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14Li
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3Ag
‑
5Zn
‑
2Si耐热合金，合金的σ
b
为131～138MPa，σ
s
为104MPa，δ为10％，在100℃温度下σ
b
在100MPa左右，并将该合金应用于航天器铸件，然而，该合金耐热效果提升有限，室温强度也较低。各国研究重点随即转向了强度提升，耐热方面的研究进展缓慢。
[0004]近十年来，随着国内镁锂合金的研究和生产的进步，高强、耐蚀、高塑性能研究的全面开展，合金的耐热性能也再次被研究者所看重。公开号为CN104046869A的中国专利公开了一种镁锂硅合金及其制备方法，合金各成分的质量百分比为Li：7～9％，Si：1～3％，RE：1～5％，Sr：0.5～2％，其余为Mg，所述合金为在150℃温度下具有抗拉强度118～150MPa，屈服强度83～103MPa，延伸率20～40％的中强耐热双相镁锂合金，该合金主要以Si、RE、Sr三种元素复合添加的方式提高耐热性，然而Si、RE、Sr均添加过多，对组织一致性影响较大。由于Si在镁合金固溶度极小，Si除生成Mg2Si相外，当含量在1％以上时多余的Si会以大块单质颗粒存在，割裂组织完整性；RE可细化Mg2Si相，并生成REAlSi相，但含量过多对耐热性的提升有限，还会造成密度增大、延伸率降低；而Sr作为辅助性元素含量过多也会造成塑性的下降。
[0005]随着时代发展，轻量化成为航空航天及汽车、3C等行业未来发展趋势。其中对耐热性有一定要求的短程高超音速导弹的轻量化也被提上日程，其对耐热温度要求仅为100℃
‑
150℃。作为最轻质的金属结构材料，镁锂合金的减重效果尤为突出。因此开发具有一定热稳定性的中强耐热超轻镁锂合金，为航空航天零部件提供原料选材具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对镁锂合金绝对强度低、耐热性差、热稳定性低的问题，提出了一种耐热双相镁锂合金，在双相LA系镁锂合金的基础上通过调整Si、Sn、RE、Sr、Cu等多种微量元素的
含量，来实现合金耐热、稳定化的目的。
[0007]本专利技术还提出了所述耐热双相镁锂合金的制备方法。
[0008]本专利技术又进一步提出了所述耐热双相镁锂合金的应用。
[0009]基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0010]一种耐热双相镁锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li 6％
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9.5％、Al 3％
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7％、Si 0.5
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1.0％、Sn 0.2
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0.5％、Sr 0.5
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1.0％、RE 0.1
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0.8％、Cu 0.05
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0.2％；其中，Si、Sn、Sr、RE及Cu的质量分数之和不超过2.8％，杂质元素Fe、Ni等总量小于0.05％，余量为Mg。
[0011]具体的，RE为稀土元素Y和Gd中的一种或两种。
[0012]进一步的，所述耐热双相镁锂合金，由以下质量百分比的组分组成：Li 6％
‑
9.5％、Al 3％
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7％、Si 0.5
‑
1.0％、Sn 0.2
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0.5％、Sr 0.5
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1.0％、Y+Gd 0.3
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0.8％、Cu 0.05
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0.2％；其中，Si、Sn、Sr、RE及Cu的质量分数之和不超过2.8％，Si+Sn≤1.3％，杂质元素Fe、Ni等总量小于0.05％，余量为Mg。
[0013]所述耐热双相镁锂合金的制备方法，包括如下步骤：
[0014](1)真空熔铸：将镁锂合金各组分原料按照质量百分比进行配料，配料后，置于真空感应炉内，抽真空至10Pa以下进行熔炼，然后浇铸，得到铸锭；
[0015](2)中高温挤压预制棒坯：将步骤(1)得到的镁锂合金铸锭置于台式炉中于350～400℃固溶处理后，空冷或水冷降温至280～350℃进行棒材挤压，制备出预制棒坯；
[0016](3)低温模锻一体成形：将步骤(2)得到的预制棒坯分切为所需的长度后，置于热处理炉中加热至150～230℃保温2～3h，进行模锻近净成形，脱模，得到耐热双相镁锂合金结构件。
[0017]具体的，步骤(1)中，真空熔铸工艺为：将所述合金原料配料后，置于真空感应炉内，抽真空至10Pa以下，加热熔化，熔化后机械搅拌2～3次，然后在700～730℃温度下静置保温10～30min进行熔炼，然后浇铸。
[0018]具体的，步骤(1)获得铸锭为直径Φ500～700mm圆柱状铸锭。
[0019]具体的，步骤(2)中固溶处理时间为4～15h；挤压时，挤压比为3.5～15，获得预制棒坯直径为Φ150～250mm。
[0020]具体的，步骤(3)中进行模锻近净成形前，将低温模锻模具进行在线等温加热，预热温度为150～230℃，然后将热处理后的棒坯置于模锻模具中进行模锻近净成形，模锻近净成形后脱模温度小于等于100℃。
[0021]具体的，步骤(3)中最终得到的结构件为薄壁件、筒形件、U形件或框体件。
[0022]上述方法通过将特定成分的镁锂合金铸锭利用铸、挤、模锻、大尺寸大塑性变形复合的方法制备得到中强耐热双相镁锂合金结构件。
[0023]本专利技术还提供了所述耐热双相镁锂合金在制备航天探测器或短程高超速航空飞行器零部件中的应用。
[0024]具体的，所述零部件为薄壁结构件。
[0025]本专利技术通过研究镁锂合金中可合金化的元素发现，添加Al、Zn、RE元素可提高其力学性能，复合添加后所生成的初生Al2RE、Mg2Zn3RE2等热稳定相有益于耐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热双相镁锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Li 6%
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9.5%、Al 3%
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7%、Si 0.5
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1.0%、Sn 0.2
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0.5%、Sr 0.5
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1.0%、RE 0.1
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0.8%、Cu 0.05
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0.2%；其中，Si、Sn、Sr、RE及Cu的质量分数之和不超过2.8%，余量为Mg；RE为稀土元素Y和Gd中的一种或两种。2.根据权利要求1所述的耐热双相镁锂合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Li 6%
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9.5%、Al 3%
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7%、Si 0.5
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1.0%、Sn 0.2
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0.5%、Sr 0.5
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1.0%、Y+Gd 0.3
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0.8%、Cu 0.05
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0.2%；其中，Si、Sn、Sr、RE及Cu的质量分数之和不超过2.8%，Si+Sn≤1.3%，余量为Mg。3.权利要求1或2所述的耐热双相镁锂合金的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖阳，刘金学，郭晓光，解海涛，吴海瑞，张瑷月，何季麟，江琛琛，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：