本发明专利技术属于金属材料及冶金技术领域，特别涉及一种利用稀土和Zr强化的Mg-Li基变形镁合金及其制备方法。该镁合金以Mg-Li基镁合金为基础，加入稀土元素和Zr作为合金化组元，按质量百分比，含有1.5%～5.5%的Li，1%的稀土元素，0.2～0.6%的Zr，余量为Mg。其制备方法为：将合金熔化后浇铸至预热到200℃的铁制坩埚中，得到铸锭；将用铝箔包裹的铸锭放置于一个铁质容器中并用细沙将铸锭完全掩埋，将容器放入热处理炉中进行热处理，车削，加工为Φ46mm的合金棒材；利用反向挤压装置，得到镁合金挤压棒材；将棒材进行T6热处理。本发明专利技术强化Mg-Li合金性能并保持其良好的塑性变形能力，其室温拉伸力学性能最高可达到：抗拉强度Rm为210MPa，屈服强度Rp0.2为142MPa，延伸率A为23.5%。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料及冶金
，特别涉及。
技术介绍
镁合金具有密度小、比强高以及减振性、电磁屏蔽性和机械加工性能优良等优点，是结构轻量化的理想材料，近年来镁合金的研究与应用得到高度重视。其中，作为镁合金中的一个重要体系，Mg-Li基镁合金是目前最轻的合金，是发展超轻高强合金最具潜力的合金系之一。相比于其他镁合金，Mg-Li基镁合金通常表现出十分优良的塑性变形能力，这是 由于随着Li含量的增加，该系合金的合金相结构将发生由密排六方-密排六方+体心立方-体心立方的转变，由于体心立方晶体结构拥有较高的对称性及较多的滑移系统，因此表现出极高的塑性变形能力。另外，Li可以使镁及镁合金的轴比(c/a)下降，降低位错沿柱面以及锥面滑移的临界分切应力。因此，随着体心立方晶体结构相在合金中含量的增加，Mg-Li基镁合金的塑性也随之增加。然而，该合金也存在着绝对强度不高，耐蚀性极差、熔炼工艺复杂、热处理过程中易氧化、脱Li等关键性问题，极大的制约了 Mg-Li基镁合金的发展和应用。特别是强度方面，单纯Mg-Li 二元合金的抗拉强度不足lOOMPa，屈服强度则不足70MPa。因此，提高Mg-Li基镁合金的绝对强度并保持其良好的塑性变形能力，研究合理的热处理制度对发展该系合金和拓展镁合金的应用领域具有重要意义。合金化是提高镁合金强度的重要方法，其中，稀土元素是镁合金重要的强化组元，这是因为稀土元素能与Mg形成多种稳定的金属间化合物,如Mg12La2, Mg3Nd等,这恰恰弥补了 Mg-Li 二元合金缺乏稳定强化相的不足，这些镁稀土金属间化合物可以达到强化效果，并提高镁合金的热稳定性、蠕变抗力、高温强度和耐蚀性等。Zr对Mg-Li基合金的强化作用非常显著，还可明显改善合金的抗蠕变性，其机理被认为Zr可以细化再结晶组织，从而有利于获得细小等轴晶，以及Zr溶质原子抑制位错移动促使均匀变形。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术提供了，目的在于利用合金化的手段提高Mg-Li基镁合金的绝对强度并保持其良好的塑性变形能力。本专利技术的一种利用稀土和Zr强化的Mg-Li基变形镁合金，以Mg-Li基镁合金为基，加入稀土元素和Zr作为合金化组元，其化学成分按质量百分比为Lil. 59T5. 5%，稀土元素1%，ZrO. 2 0. 6%，余量为Mg。其中，所述的稀土元素为Gd、La、Nd、Er、ML或MC，其中ML为富La混合稀土，其化学成分按质量百分比La>60%，其余为Ce和Y ；MC为富Ce混合稀土，其化学成分按质量百分比Ce>50%，其余为La, Nd和Pr。本专利技术的一种利用稀土和Zr强化的Mg-Li基变形镁合金的制备方法，包括以下步骤 (1)采用电阻熔炼炉，将金属镁加热到710°C 730°C熔化，采用五号熔剂对金属镁熔体进行净化处理，熔体经搅拌后升温至780°C，加入含1%的稀土元素中间合金，含0. 2^0. 6%Zr的Mg-Zr中间合金；待熔体温度降至660°C飞70°C，用加锂罩加入I. 59^5. 5%的Li，并在熔体2/3深度以下垂直搅拌3 5min，升温至720°C，熔体静置30min ;此熔铸过程利用体积比C02:SF6=20:1的混合气体保护，以防止燃烧； (2)把金属熔体浇铸至预热到200°C的铁制坩埚中，得到铸锭； (3)将合金铸锭用0.Imm厚的铝箔双层包裹，并挤出铝箔与铸锭之间缝隙内的空气， 使铝箔与铸锭表面严实贴合，将铝箔包裹的铸锭放置于一个铁质容器中并用颗粒直径为0. 25mm的细沙将铸锭完全掩埋，掩埋深度为100mm，将容器放入热处理炉中进行均匀化热处理，具体制度为加热至30(T40(TC，保温12 48h ； (4)将热处理后的铸锭进行车削，去除表面氧化部分，加工为O46mm的合金棒材； (5)利用反向挤压装置，在300吨油压机上，以5.Om/min的挤压速度挤压合金，挤压比为33或15，分别得到O 8mm或O 12mm的镁合金挤压棒材； (6)将挤压后得到的合金挤压棒材进行T6热处理，具体制度为380°CX Ih固溶水淬后，在90°C进行时效热处理，保温时间为8 16h。步骤(5)中所述的反向挤压装置包括中空的挤压杆、挤压模具、挤压筒、挤压垫片和挤压底座。在挤压底座上装配有挤压筒，挤压筒内底部装配有挤压垫片，挤压垫片上方装配有挤压模具，挤压模具上方装配有中空的挤压杆。其中挤压模具为中空的圆柱体，圆柱体内部从下到上依次是模角段、预工作带、定径工作带和出口段，模角为3(T45°，出口段的直径大于工作带的直径，预工作带直径大于定径工作带直径，两工作带长度之比为0. 5^0. 8，定径工作带长度为r8mm。挤压前，采用二硫化钥锂基润滑脂作为润滑剂，均匀涂抹在挤压模具内壁、坯料表面和挤压筒的内壁上。本专利技术的有益效果在于 本专利技术通过向Mg-Li 二元镁合金中添加稀土(Gd、La、Nd、Er、ML和MC)和Zr，强化Mg-Li合金并保持其良好的塑性变形能力；利用稀土和Zr强化的Mg-Li基变形镁合金挤压棒材T6热处理后的室温拉伸力学性能最高可达到抗拉强度Rm为210MPa，屈服强度Rpa2为142MPa,延伸率 A 为 23. 5%。附图说明图I为本专利技术实施例制备的镁合金拉伸试样尺寸 图2为本专利技术实施例I制得的镁合金的典型铸造组织； 图3为本专利技术实施例I制得的镁合金挤压棒材的典型金相组织； 图4为本专利技术实施例2制得的镁合金的典型铸造组织； 图5为本专利技术实施例2制得的镁合金挤压棒材的典型金相组织； 图6为本专利技术实施例3制得的镁合金的典型铸造组织；图7为本专利技术实施例3制得的镁合金挤压棒材的典型金相组织； 图8为本专利技术实施例4制得的镁合金的典型铸造组织； 图9为本专利技术实施例4制得的镁合金挤压棒材的典型金相组织； 图10为本专利技术实施例5制得的镁合金的典型铸造组织； 图11为本专利技术实施例5制得的镁合金挤压棒材的典型金相组织； 图12为本专利技术实施例6制得的镁合金的典型铸造组织； 图13为本专利技术实施例6制得的镁合金挤压棒材的典型金相组织。具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术做进一步说明。本实施例中使用的金相显微镜型号为Leica MPS30。本实施例中Mg、Li采用一级镁锭(99. 95%)、锂锭(99. 9%)加入，稀土元素和Zr均采用中间合金形式加入，各中间合金组成质量分数分别为Mg-25%Gd、Mg-22. 18%La、Mg-20. ll%Nd、Mg-10. 09%Er、Mg_20%ML、Mg-21%MC 和 Mg_30%Zr。实施例I (1)采用电阻熔炼炉，将金属镁加热到720°C熔化，采用五号熔剂对金属镁熔体进行净化处理，熔体经搅拌后升温至780°C，加入含l%Gd的Mg-Gd中间合金和含0. 4% Zr的Mg-Zr中间合金，待熔体温度降至660°C，用加锂罩加入3%的Li，并在熔体2/3深度以下垂直搅拌4min,升温至720°C，熔体静置30分钟； (2)以上熔铸过程利用体积比C02:SF6=20:1混合气保护，以防止燃烧，把金属液体浇铸至预热到200°C的铁制坩埚中，得到铸锭，化学分析表明铸锭的组成为Mg-3. 03Li-l. 16Gd-0. 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用稀土和Zr强化的Mg?Li基变形镁合金，其特征在于以Mg?Li基镁合金为基，加入稀土元素和Zr作为合金化组元，其化学成分按质量百分比为：Li1.5%~5.5%，稀土元素1%，Zr0.2~0.6%，余量为Mg。
【技术特征摘要】
1.一种利用稀土和Zr强化的Mg-Li基变形镁合金，其特征在于以Mg-Li基镁合金为基，加入稀土元素和Zr作为合金化组元，其化学成分按质量百分比为Lil. 59T5. 5%，稀土元素1%，ZrO. 2 0. 6%，余量为Mg。2.根据权利要求I所述的一种利用稀土和Zr强化的Mg-Li基变形镁合金，其特征在于所述的稀土元素为Gd、La、Nd、Er、ML或MC，其中ML为富La混合稀土，其化学成分按质量百分比La>60%，其余为Ce和Y ;MC为富Ce混合稀土，其化学成分按质量百分比Ce>50%，其余为La, Nd和Pr。3.如权利要求I所述的一种利用稀土和Zr强化的Mg-Li基变形镁合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤 (1)采用电阻熔炼炉，将金属镁加热到710°C 730°C熔化，采用五号熔剂对金属镁熔体进行净化处理，熔体经搅拌后升温至780V，加入含1%的稀土元素中间合金，含0. 2^0. 6%Zr的Mg-Zr中间合金；待熔体温度降至660°C飞70°C，用加锂罩加入I. 59^5. 5%...
【专利技术属性】
技术研发人员：宝磊，张志强，乐启炽，崔建忠，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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