一种高强韧轻质镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高强韧轻质镁合金，以质量百分比计，其成分包括：6.0～15.0％的Li，1.0～4.5％的Ni，1.0～5.0％的Cd，4.0～7.0％的Zn，0.5～5.0％的Gd，0.5～3.0％的Sr，杂质元素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，Mg为余量。本发明专利技术还提供了一种高强韧轻质镁合金的制备方法。本发明专利技术提供的高强韧轻质镁合金，具有较高强度和良好的韧性，并且本发明专利技术提供的高强韧轻质镁合金的制备方法，简便易行、可工业化大规模生产，且生产成本较低。且生产成本较低。且生产成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧轻质镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料及其冶炼
，特别涉及一种高强韧轻质镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]镁锂合金是迄今最轻的金属结构材料，密度在1.35
‑
1.65g/cm3之间，是解决航天领域卫星金属构件轻量化问题的最佳选用材料。然而，传统镁锂合金的强度不足，明显低于现役铝合金，难以直接实现在承载结构件上的替换应用，因此发展高强韧镁锂合金是镁锂合金的发展方向。
[0003]近些年国内外在镁锂合金研究方面开展了大量的研究工作，现有的Mg
‑
Li合金材料分为单一α相、α+β双相、单一β相三类。这三类合金的性能主要受不同相的晶体结构决定。其中，单一α相合金具有密排六方结构，滑移系少，塑性较差；α+β双相合金具有密排六方结构和立方结构，塑性明显提高，但强度还有待进一步提高；单一β相合金具有立方结构，滑移系多，塑性高，但强度较低。因此，如何协同提升镁锂合金的强度和韧性是当前研究的热点问题。
[0004]另外，目前国内外镁锂合金的熔炼大多采用真空熔炼的方法，该方法存在设备复杂、操作不便、不适合大体积熔体熔炼等问题，因此，如何简单方便、适于工业化大规模生产镁锂合金也是当前急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有较高强度和良好韧性的高强韧轻质镁合金，并提供一种简便易行、可工业化大规模生产且生产成本低的高强韧轻质镁合金的制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高强韧轻质镁合金，以质量百分比计，其成分包括：6.0～15.0％的Li，1.0～4.5％的Ni，1.0～5.0％的Cd，4.0～7.0％的Zn，0.5～5.0％的Gd，0.5～3.0％的Sr，杂质元素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，Mg为余量。
[0007]进一步地，所述Ni、Zn、Gd的原子个数满足(Ni+Zn)/Gd的原子个数比为3.0:1～7.0:1，所述Ni和Zn的原子个数比为1:1～2.2:1。
[0008]本专利技术还提供了一种高强韧轻质镁合金的制备方法，包括如下步骤：
[0009]以质量百分比计，按6.0～15.0％的Li，1.0～4.5％的Ni，1.0～5.0％的Cd，4.0～7.0％的Zn，0.5～5.0％的Gd，0.5～3.0％的Sr，杂质元素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，Mg为余量，进行配备原料；
[0010]用Mg包覆Li，放入200
‑
350℃的熔炼炉中保温至Li在Mg中溶解扩散，然后把熔炼炉升温至680～750℃，依次加入预热至300～400℃的Mg
‑
Gd和Mg
‑
Sr中间合金，熔化混合得到合金熔体；
[0011]对合金熔体进行精炼脱气处理；
[0012]将熔炼炉温度控制在690～730℃将合金熔体保温30
‑
90min；
[0013]对合金熔体半连续铸造得到锭坯；
[0014]将锭坯均匀化处理，然后空冷；
[0015]将空冷后的锭坯进行车削；
[0016]将车削后的锭坯加热后进行挤压；
[0017]将挤压后的材料进行时效热处理，然后空冷。
[0018]进一步地，所述精炼脱气采用超声驱动熔剂和惰性气体进行处理，所述超声功率控制为50～4000W，处理时间为15
‑
40min，所述熔剂为500～1000g/min的氯化锂和氟化锂混合粉末，惰性气体为0.5～2.0L/min氩气。
[0019]进一步地，所述半连续铸造采用差相双频脉冲磁场调控合金熔体流动，相位差控制为60～120
°
，电流为80～180A，双频中高频率为50～200Hz、低频为10
‑
30Hz，脉冲的占空比为20％～80％。
[0020]进一步地，所述锭坯均匀化处理的温度为280～350℃，处理时间为10～18h。
[0021]进一步地，所述车削后的锭坯加热至300～400℃后进行挤压。
[0022]进一步地，所述车削后锭坯加热采用梯度加热，锭坯首尾温差控制在40
‑
70℃。
[0023]进一步地，所述锭坯挤压是利用反向挤压机进行挤压，挤压速度为1.0～5.0m/min，挤压筒预热温度为250～350℃，挤压比为10～50:1。
[0024]进一步地，所述挤压后材料的时效热处理温度为150～225℃，保温时间为20～50h。
[0025]本专利技术提供的一种高强韧轻质镁合金，室温抗拉强度为330～380MPa，室温屈服强度为200～250MPa，室温伸长率为15～40％，在室温情况下具较高的强度和良好的韧性，易于镁合金变形材的制备，便于规模化制备。
[0026]并且，本专利技术提供的一种高强韧轻质镁合金的制备方法，一方面，在熔炼前采用固态包覆混料的方法完成工业纯Mg和Li的混合，然后在低温下加热，在保证Mg不熔化的前提下能使高活性低熔点的Li元素充分溶解扩散到Mg中，可以有效避免Li的氧化烧损。另一方面，在Li充分溶解后再升温加入Mg
‑
Gd和Mg
‑
Sr中间合金可以阻止高温下Mg和Li的燃烧，这两方面利于合金熔体的制备。
[0027]而且，本专利技术提供的一种高强韧轻质镁合金的制备方法，利用Cd元素在Mg中完全固溶，利用Ni和Zn元素组合与Mg和Gd反应在强度高的α相中形成韧性好的相来改善α相的韧性，并在高塑形的β相中形成强度大的相来改善β相的强度，从而实现了镁锂合金强度和韧性的协同提升。
[0028]同时，本专利技术提供的一种高强韧轻质镁合金的制备方法，工艺简单，所用设备为常规通用设备，易于移植和操作，成本低，可解决镁锂合金制备困难的问题，减低生产成本，利于扩大镁锂合金的应用领域。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例提供的高强韧轻质镁合金的制备方法流程图。
具体实施方式
[0030]参见图1，本专利技术实施例提供的一种高强韧轻质镁合金，以质量百分比计，其成分包括：6.0～15.0％的Li，1.0～4.5％的Ni，1.0～5.0％的Cd，4.0～7.0％的Zn，0.5～5.0％的Gd，0.5～3.0％的Sr，杂质元素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，Mg为余量。
[0031]其中，所述Ni、Zn、Gd的原子个数满足(Ni+Zn)/Gd的原子个数比为3.0:1～7.0:1，所述Ni和Zn的原子个数比为1:1～2.2:1。
[0032]本专利技术提供的一种高强韧轻质镁合金，在室温条件下，抗拉强度可达330～380MPa，屈服强度可达200～250MPa，伸长率可达15～40％，在室温下具较高的强度和良好的韧性。
[0033]参见图1，本专利技术实施例提供的一种高强韧轻质镁合金的制备方法，包括如下步骤：
[0034]步骤1)以质量百分比计，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧轻质镁合金，其特征在于，以质量百分比计，其成分包括：6.0～15.0％的Li，1.0～4.5％的Ni，1.0～5.0％的Cd，4.0～7.0％的Zn，0.5～5.0％的Gd，0.5～3.0％的Sr，杂质元素Si、Fe、Cu的总量小于0.02％，Mg为余量。2.根据权利要求1所述的高强韧轻质镁合金，其特征在于：所述Ni、Zn、Gd的原子个数满足(Ni+Zn)/Gd的原子个数比为3.0:1～7.0:1，所述Ni和Zn的原子个数比为1:1～2.2:1。3.一种高强韧轻质镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按权利要求1和权利要求2所述的成分配比配备原料；用Mg包覆Li，放入200
‑
350℃的熔炼炉中保温至Li在Mg中溶解扩散，然后把熔炼炉升温至680～750℃，依次加入预热至300～400℃的Mg
‑
Gd和Mg
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Sr中间合金，熔化混合得到合金熔体；对合金熔体进行精炼脱气处理；将熔炼炉温度控制在690～730℃将合金熔体保温30
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90min；对合金熔体半连续铸造得到锭坯；将锭坯均匀化处理，然后空冷；将空冷后的锭坯进行车削；将车削后的锭坯加热后进行挤压；将挤压后的材料进行时效热处理，然后空冷。4.根据权利要求3所述的高强韧轻质镁合金的制备方法，其特征在于：所述精炼脱气采用超声驱动熔剂和惰性气体进行处理，所述超...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文红，张志强，赵志浩，朱庆丰，崔建忠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：