一种通过热轧变形提升镁锂合金综合力学性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过热轧变形提升镁锂合金综合力学性能的方法，将符合镁锂合金中化学成分配比的锂带、工业纯镁、镁

【技术实现步骤摘要】
一种通过热轧变形提升镁锂合金综合力学性能的方法


[0001]本专利技术属于镁锂合金塑性变形加工
，涉及一种通过热轧变形提升镁锂合金综合力学性能的方法。

技术介绍

[0002]随着经济和社会发展，全球能源、资源和环境问题日益突出，低碳经济与节能减排已成为世界各国经济发展的必然要求。与此同时，零件轻量化技术受到各国重视，有色金属构件需求向着轻质、高强度、耐高温和耐腐蚀等方向发展，产业界对低密度轻质合金的需求日益迫切。目前大规模商业应用的传统轻质合金主要为铝合金，其密度一般为2.63～2.85 g/cm
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。相比而言，镁的密度仅为1.738 g/cm3，显著低于铝合金，以镁为基础加入其他元素形成的镁基合金，其密度一般比铝合金轻三分之一左右。在具有更低密度特点的同时，镁合金还具有高比刚度和高比强度等优点，在节能减重领域更具有明显优势，在航空航天、汽车制造、生物材料等领域均有更大应用潜力，被誉为二十一世纪最具发展潜力的绿色工程材料[刘正.镁基轻质合金理论基础及其应用[M].北京:机械工业出版社.2002.]。近年来，许多国家的研究人员开始对镁合金进行研究和开发，形成了诸如镁铝系、镁锌系、镁锰系、镁锂系等多种镁合金体系。其中，镁锂合金以超轻的属性、高比强度比刚度、良好的导热性和阻尼性、较强的电磁屏蔽性以及优良的抗震降噪等独特性能，在上述几种镁合金中更具优势和应用潜力。然而，镁锂合金较低的绝对强度严重限制了其应用。因此，开发能够有效改善镁锂合金力学性能的工艺和方法，提高镁锂合金的综合性能成为亟待解决的重要问题。
[0003]材料的性能本质上由其内部的微观组织结构所决定，调整和改变材料的微观组织结构，进而改变材料性能的常用途径和方法有合金化、热处理和塑性变形加工等。通过塑性变形加工方法改善材料力学性能的机理在于：一方面塑性变形过程中，材料晶格畸变导致位错增殖，位错之间的相互交割、缠结等作用使位错运动受阻，进而使材料变形抗力增加即材料强度得以提高。一般认为，材料位错密度的增加在提升材料强度、硬度的同时往往会导致材料塑韧性下降。然而最新研究结果表明，除增强作用之外，塑性变形过程中位错密度的增加还会使材料延展性同时得以提高[He B. B., Hu B.,Yen H. W., et al.,High dislocation density
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induced large ductilityin deformed and partitioned steels [J]. Science,2017,357:1029.]。另一方面，塑性变形过程中产生的晶粒细化现象也会起到提升强度、改善塑性的作用。此外，与合金化和热处理两种方法相比，塑性变形加工方法的优点在于不需要添加其他物质，消耗能量相对较小。基于以上几方面原因，塑性变形加工方法被广泛应用于改善和提升材料的力学性能。
[0004]然而，通过塑性变形加工来改善和提升材料的力学性能，需材料具有一定塑性和延展性。对于镁合金而言，由于密排六方结构导致的低塑性，使得镁合金塑性变形加工中往往表现不佳，而锂元素的添加使得合金中产生了塑性较好的体心立方结构相，显著提高了镁锂合金的延展性。此时，通过采用对延展性要求较高的塑性变形加工工艺，可以有效提升镁锂合金力学性能。常用的塑性变形加工方法有拉拔、压缩、挤压、轧制等等。其中，轧制变
形是一种广泛使用的方法，目前已有不少通过轧制以及轧制和其他方法综合利用来改变和调整镁锂合金性能的报道。比如《Materials Today Communications》在2022年31卷发表的文章“Improving the mechanicalproperties of duplex Mg
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Li
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Zn alloy by mixed rolling processing”将 Mg
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9Li
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1Zn (LZ91)合金350℃固溶处理，然后在250℃下热轧，最后进行室温冷轧制，制备出抗拉强度达到251 MPa的镁锂合金 [Zhang X., Su K. Q., Kang H. J., et al.,Improving the mechanical properties of duplex Mg
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Li
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Zn alloy by mixed rolling processing[J]. MaterialsToday Communications,2022, 31:103538.]。专利《一种高强可焊镁锂合金及其制备方法》（公开号CN115161527A）公开了一种通过真空熔铸、150~240℃挤压开坯、120~200℃等温轧制等工艺制备出强度超过300MPa，焊缝强度超过母材强度85%，且综合性能优异的高强可焊镁锂合金。专利申请《镁锂合金材料及其制备方法》（公开号CN115505857A）公开了一种镁锂合金材料制备方法，将镁锂母合金熔炼后，快速凝固，得到铸锭；对所述铸锭进行至少两次250℃下等通道转角挤压，一次200
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250℃下轧制处理，最后进行退火。得到平均晶粒小于10μm、延伸率不小于25%的超轻镁锂合金材料。专利《一种高强高热稳定性超轻镁锂合金及其制备方法》（公开号CN114231809A）公开了一种高强高热稳定性超轻镁锂合金及其制备方法，该专利技术按照Li：11
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18wt.%，Al：1
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7wt.%，Ag：0.5
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6wt.%成分熔炼合金，通过300~400℃均匀化热处理、
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120℃~
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100℃液氮冷轧、50~180℃时效处理、室温冷轧等多步热处理和轧制得到了沉淀强化效果明显的高强高热稳定性超轻镁锂合金。
[0005]显然，现有技术中通过轧制变形改善镁锂合金力学性能时，镁锂合金往往要经历不同温度下的多次轧制，比如250℃以下的热轧和室温冷轧或者室温冷轧和液氮冷轧等，甚至需要综合利用轧制和挤压以及中间穿插多次不同温度下的时效处理等工艺来调整和改变镁锂合金的力学性能。上述技术明显存在工艺流程复杂，操作时间较长以及会造成生产成本提高等不足。此外，上述多数现有技术在提升镁锂合金强度方面效果明显，但是对合金塑性的改善效果往往不足，即在提升镁锂合金综合力学性能方面存在一定局限性。相比而言，开发一种工艺相对简单、且能同时改善镁锂合金强度和塑性，使镁锂合金综合力学性能得以同时提高的方法具有重要的实用价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种通过热轧变形改变镁锂合金微观组织结构，改善镁锂合金强度和塑性，进而提升镁锂合金综合力学性能的方法。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：一种通过热轧变形提升镁锂合金综合力学性能的方法，具体按以下步骤进行：1）制备合金按镁锂合金中各化学成分配比，分别称取工业纯镁、铝锭、锂带和镁
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钇（Mg
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20Y）中间合金，将锂带、工业纯镁、镁<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过热轧变形提高镁锂合金性能的方法，其特征在于，该方法具体为：1）按镁锂合金中各化学成分配比，分别称取工业纯镁、铝锭、锂带和镁
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钇中间合金，将锂带、工业纯镁、镁
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钇中间合金和铝锭依次堆叠放入电弧炉内，在高纯氩气保护下将所有原料加热至熔融状态，保温5～10 min，将合金液迅速浇铸到模具中，得镁锂合金铸锭；2）从镁锂合金铸锭上切割镁锂合金块状试样，放入箱式炉中，在350℃
±
20℃温度下保温时间30 min～120 min，得保温处理镁锂合金块；3）将保温处理镁锂合金块迅速转移到双辊轧机中进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭鹏，裴兴，徐远丽，张旭东，马智锟，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：