一种高比强度镁锂合金及制备方法与流程

本发明涉及一种镁锂合金及制备方法，尤其涉及一种高比强度镁锂合金及制备方法，属于镁锂合金加工技术领域。

背景技术：

镁锂合金作为轻质金属材料，具有比强度高、比刚度高、易切削加工、成型性能好等优点，在国防军工和航空航天领域得到了广泛应用。高比强度即抗拉强度与合金的质量密度比值，是轻质高强度合金应用领域的重要衡量标准。

镁的密度为1.74g/cm³，比铝的密度低30％，是轻量化需求的优选金属。但镁的密排六方结构导致镁合金塑性成形能力差。锂元素密度为0.53g/cm³，镁锂合金中因锂的存在能够进一步将镁合金密度降低至1.30-1.65g/cm³，进一步实现了轻量化。同时，高锂含量使镁合金的密排六方结构alfa相转变为体心立方结构beta相，beta相的存在对合金产生两方面的影响，一是以beta相为基体的合金强度较低；另一方面，以beta相为基体的合金具有优异的塑性变形能力。

技术实现要素：

本发明的目的是为了降低密度的同时显著提高镁锂合金力学性能而提供一种高比强度镁锂合金及制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种高比强度镁锂合金，所述镁锂合金的成分及质量百分含量为：zn：0-3％，er：0-3％，li：10-20％，其余为mg以及不可去除的杂质元素；

由以下方法制备而成：

步骤一：摆放好模具并将原料铸锭依次装入真空熔炼炉的坩埚内，打开冷却循环水，将真空熔炼炉盖盖严；启动抽真空装置然后通入氩气，使炉内压强保持在0.04mpa-0.05mpa；启动加热装置，在700℃±15℃温度下保持8-10分钟；关闭加热装置，通过外部摇杆控制炉内坩埚，将合金熔体浇注到模具内后随炉冷却；待炉内温度降低后开启真空熔炼炉盖并取出镁锂合金铸锭，铸锭规格为在150℃-200℃下进行均匀化热处理24小时；

步骤二：挤压：用电火花线切割去除铸锭冒口，车削加工去除铸锭表面氧化皮，在80℃-120℃下进行挤压变形加工，挤压比不小于15，将铸锭挤压成2mm-4mm的板材；

步骤三：轧制：打磨去除挤压后板材表面氧化皮，然后进行冷轧，将板材厚度轧制成0.5mm-1mm，得到一种高比强度镁锂合金。

一种高比强度镁锂合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：摆放好模具并将原料铸锭依次装入真空熔炼炉的坩埚内，打开冷却循环水，将真空熔炼炉盖盖严；启动抽真空装置然后通入氩气，使炉内压强保持在0.04mpa-0.05mpa；启动加热装置，在700℃±15℃温度下保持8-10分钟；关闭加热装置，通过外部摇杆控制炉内坩埚，将合金熔体浇注到模具内后随炉冷却；待炉内温度降低后开启真空熔炼炉盖并取出镁锂合金铸锭，铸锭规格为在150℃-200℃下进行均匀化热处理24小时；

步骤二：挤压：用电火花线切割去除铸锭冒口，车削加工去除铸锭表面氧化皮，在80℃-120℃下进行挤压变形加工，挤压比不小于15，将铸锭挤压成2mm-4mm的板材；

步骤三：轧制：打磨去除挤压后板材表面氧化皮，然后进行冷轧，将板材厚度轧制成0.5mm-1mm，得到一种高比强度镁锂合金。

所述原料的成分及质量百分含量为：zn：0-3％，er：0-3％，li：10-20％，其余为mg以及不可去除的杂质元素。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以低密度的轻质镁锂合金为基础，通过塑性变形加工强化的方式提高合金力学性能。从而在保证密度的前提下，进一步提高了合金的比强度。提供了一种成形性好，成品率高，加工工艺简单，适应大批量生产，易于推广和应用的高比强度镁锂合金及制备方法。

附图说明

图1a是铸态合金的金相显微组织；

图1b是挤压态合金的金相显微组织；

图1c是挤压后冷轧态合金的金相显微组织；

图2是三个状态的应力-应变曲线。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

为了解决以上问题，本发明提供了一种高比强度镁锂合金的制备方法。通过合金成分的选择结合塑性变形工艺的方式，在降低密度的同时显著提高镁锂合金力学性能。

为获得高比强度镁锂合金，一方面可通过增加合金中锂含量来降低合金密度，另一方面寻求具有很好强化效果的强化方式来克服高锂含量镁锂合金强度较低的缺点，考虑到高锂含量镁锂合金优异的塑性变形能力，通过塑性变形工艺强化合金将是一种有效的强化手段。本发明基于高锂含量镁锂合金成形性好的特性，对镁锂合金进行挤压和轧制工艺塑性变形强化，从而制备高比强度镁锂合金，旨在为轻量化应用工业需求提供有益的参考。

本发明采用如下技术方案来实现目的：

本发明具有低密度、成形性好的镁锂合金的成分及质量百分含量为：zn：0-3％，er：0-3％，li：10-20％，其余为mg以及不可去除的杂质元素。

本发明具有低密度、高比强度、成形性好的镁锂合金制备方法为：

(1)熔炼：摆放好模具并将原料铸锭依次装入真空熔炼炉的坩埚内，打开冷却循环水，将真空熔炼炉盖盖严。启动抽真空装置然后通入氩气，使炉内压强保持在0.04mpa-0.05mpa。启动加热装置，在700℃±15℃温度下保持8-10分钟。关闭加热装置，通过外部摇杆控制炉内坩埚，将合金熔体浇注到模具内后随炉冷却。待炉内温度降低后开启真空熔炼炉盖并取出镁锂合金铸锭，铸锭规格为在150℃-200℃下进行均匀化热处理24小时。

(2)挤压：用电火花线切割去除铸锭冒口，车削加工去除铸锭表面氧化皮，在80℃-120℃下进行挤压变形加工，挤压比不小于15，将铸锭挤压成2mm-4mm的板材。

(3)轧制：打磨去除挤压后板材表面氧化皮，然后进行冷轧，将板材厚度轧制成0.5mm-1mm。

(4)检测分析：将铸态，挤压态，挤压后轧制态合金进行金相检测分析；检测本发明镁锂合金密度；测试本发明镁锂合金三个状态应力-应变曲线。

上述步骤按描述顺序进行。

以下通过具体的实施例对本发明进行详细的阐述,以使本发明的优势与特性被本领域的技术人员理解。所述实施例仅为本发明一部分，而不是全部的实施例，在本发明构思前提下对本发明做简单改进，都属于本发明的保护范围。

一种低密度、高比强度、成形性好的镁锂合金制备步骤如下：

(1)熔炼与制备

按照质量百分比配制原料：zn：0-3％，er：0-3％，li：10-20％，其余为mg以及不可去除的杂质元素。摆放好模具并将原料铸锭依次装入真空熔炼炉坩埚内，打开冷却循环水，将真空熔炼炉盖盖严。启动抽真空装置，使炉内压强在1×10^-2pa以下，然后通入氩气，使炉内压强保持在0.04mpa-0.05mpa。启动加热装置，在720℃温度下保持10分钟。关闭中频感应加热装置，通过外部摇杆控制炉内坩埚，将合金熔体浇注到模具内后随炉冷却。待炉内温度降低后开启真空熔炼炉盖并取出镁锂合金铸锭，铸锭规格为在190℃条件下进行均匀化热处理24小时，热处理后随炉冷却。

(2)挤压与轧制加工

用电火花线切割去除铸锭冒口，并车削加工去除铸锭表面氧化皮。挤压前，将挤压筒加热至300℃，将挤压模具加热至100℃，将镁锂合金棒材加热至100℃并保温30min；挤压方向为正向挤压，挤压所得板材厚度为3mm。

用电火花线切割将挤压后板材切割为40mm×30mm×3mm的板块。打磨去除氧化皮。以40mm边的方向进行室温轧制。轧辊速度为600转/分钟，单道次压下量为0.3mm，最终板料厚度为0.8mm，总压下量为73％。

结果表明，经过挤压后，镁锂合金显微组织中晶粒尺寸由铸态时的450μm细化到挤压态的110μm，且挤压使第二相碎化；轧制后合金晶粒尺寸变化不大，但第二相颗粒被进一步细化。本发明镁锂合金密度为1.313g/cm³，较好地满足轻量化需求；延伸率不低于21.4％，成形性较好；铸态，挤压态，轧制态合金的抗拉强度分别为64mpa，168mpa，225mpa。本发明镁锂合金在轧制态时取得178knm/kg的高比强度，高于商用镁基以及镁锂基合金，能够满足应用需求。

本发明利用低密度镁锂合金成形性好、可加工性高的特点，将合金特性与变形工艺相结合。从而在保证密度的前提下进一步提高了合金的比强度。提供了一种成形性好，成品率高，加工工艺简单，适应大批量生产，易于推广和应用的高比强度镁锂合金及制备方法。