一种基于高固溶含量的高强高塑镁锂合金制备方法

摘要

本发明涉及一种基于高固溶含量的高强高塑镁锂合金的制备方法，将合金所需原料放入真空感应熔炼炉中进行熔炼，从而获得铸态合金；将铸态合金放入马弗炉中进行固溶处理，从而获得过饱和固溶体；将固溶态合金在马弗炉中进行均匀化处理，提高合金塑性；将固溶态合金在室温下进行轧制从而获得高强高韧镁锂合金板材。本发明采用简洁的热处理和轧制工艺，最终获得了强度超过400MPa，延伸率接近20％的超轻高强塑性镁锂合金，具有极大的微观结构设计指向性，极大节约了生产成本，适合高强高韧超轻镁锂合金的工业化批量生产。

说明书

技术领域

本发明属于镁锂合金加工领域，具体涉及一种基于高固溶含量的高强高塑镁锂合金制备方法。

背景技术

镁合金是目前世界上密度最低的结构材料，密度比铝低30％，比铁低70％，比强度高，电磁屏蔽性能优异，阻尼减震性能好，被广泛应用于航空航天领域。但是由于其hcp结构导致其塑性较差，通过添加Li元素可以使hcp结构向bcc结构发生转变，进而提升塑性，此外密度也随着Li含量的增加而降低。但是镁锂合金的强度普遍较低。尤其对于高锂镁锂合金，很难通过常规的轧制来提高其强度。即使通过剧烈塑性变形例如ECAP,高压扭转等也很难制备出强度超过300MPa且具有优异塑性的中高锂镁锂合金。

固溶强化是提高合金强度有效的手段，但是对于Zn元素强化的Beta(Li)镁锂合金来说溶质原子添加量很少超过6wt.％，因此很难最大限度地发挥固溶强化的优势，针对这一问题，本发明选择含有Zn含量超过6wt.％的Beta(Li)镁锂合金，为其设计合理的固溶热处理工艺，实现Zn元素在Beta(Li)基体中的过饱和固溶，然后通过简洁适当加工手段(普通室温轧制)获得了高强高韧镁锂合金。为工业化大批量生产高强高韧镁锂合金提供了有效途径。

发明内容

本发明选择含有大量Zn元素的单相Beta(Li)镁锂合金，采用合理的固溶处理工艺获得了过饱和的镁锂合金固溶体，为进一步调控合金的强度和塑性，对合金进一步均匀化处理提高固溶态合金塑性，随后通过对过饱和固溶体合金进行室温轧制使其发生动态再结晶获得纳米晶粒，此外轧制过程中动态析出了纳米沉淀相,最终获得了高强高韧的镁锂合金板材。

本发明的技术方案是：

选用高锂含量的以单相Beta(Li)为基体的合金体系，采用≥6wt.％的高Zn合金化，所述镁锂合金成分为Mg-xLi-yZn-Mx，其中10wt.％≤x≤14wt.％，6wt.％≤y≤15wt.％，Mx指在镁锂合金中添加Al、稀土、Sn、Ni和Ca中的一种或多种，其余为Mg；

通过过饱和固溶实现显著的强化，通过均匀化退火和室温轧制使得合金发生动态结晶获得纳米晶和发生动态析出获得纳米析出相，实现对合金强度和塑性的进一步调控，具体步骤包括；

步骤1：铸态镁锂合金的制备：

步骤2：将步骤1获得的铸态镁锂合金放入马弗炉中固溶处理；

步骤3：将步骤2获得的固溶态合金放入马弗炉中均匀化处理；

步骤4：将步骤3获得的合金在室温下进行轧制。

进一步的，步骤1：熔铸过程，称取所需合金原料：纯Zn锭、纯Li锭和纯Mg锭放入坩埚中，然后在有Ar气保护的感应熔炼炉中将坩埚中的原料加热融化，保温5min，将金属液倒入铁模具中获得所需铸态合金；

步骤2：固溶处理，将铸态合金放入马弗炉中加热至430℃保温2h，取出后立即放入冷水中淬火，随后将固溶态合金切割为长4cm，宽3cm高1cm的金属块备用；

步骤3：均匀化处理，将固溶态合金放入马弗炉中加热至300℃保温1h，取出空冷至室温；

步骤4：轧制处理，在室温下对步骤二获得的合金块进行轧制，轧制速率0.5mm/min，每道次下压量为0.5mm，总压下率80％。

相比现有单相Beta(Li)镁锂合金制备加工技术本发明具有以下优点：

1.选用Li含量质量分数为10％-14％的镁锂合金保持镁锂合金的低密度；

2.通过添加大量廉价的Zn元素不仅降低成本而且最大限度的提高合金强度；

3.加工方式简洁：处理方式仅包含铸造，固溶，均匀化和轧制节约了成本，适合工业化大批量生产；

4.所获得的板材强度均超过400MPa，延伸率接近20％。

附图说明

图1为本发明实施例1中轧制态Mg-13Li-9Zn(wt.％)的透射电镜照片；

图2为本发明实施例1中轧制态Mg-13Li-9Zn(wt.％)的拉伸曲线。

具体实施方式：

以下通过具体的实施例对本发明的具体细节进行详细描述，但本专利的保护范围不限于本实施例，任何在本实施例的基础上进行的更改都在本专利的保护范围内。

实施例1：

本实施例中的镁锂合金的化学成分为Mg-13Li-9Zn(wt.％)具体工艺如下

步骤一：熔铸过程，称取所需合金原料(纯Zn锭，纯Li锭，纯Mg锭)放入坩埚中，然后在有Ar气保护的感应熔炼炉中将坩埚中的原料加热融化，保温5min，将金属液倒入铁模具中获得所需铸态合金。

步骤二：固溶处理，将铸态合金放入马弗炉中加热至430℃保温2h，取出后立即放入冷水中淬火，随后将固溶态合金切割为长4cm，宽3cm高1cm的金属块备用。

步骤三：均匀化处理，将固溶态合金放入马弗炉中加热至300℃保温1h，取出空冷至室温。

步骤四：轧制处理，在室温下对步骤二获得的合金块进行轧制，轧制速率0.5mm/min，每道次下压量为0.5mm，总压下率80％。

本发明将合金所需原料放入真空感应熔炼炉中进行熔炼，从而获得铸态合金；将铸态合金放入马弗炉中进行固溶处理，从而获得过饱和固溶体；将固溶态合金在马弗炉中进行均匀化处理，提高合金塑性；将固溶态合金在室温下进行轧制从而获得高强高韧镁锂合金板材。

本发明涉及一种基于高固溶含量的高强高塑镁锂合金的制备方法，属于镁锂合金加工技术领域，本发明的技术方案为：1)在单相Beta(Li)镁锂合金添加大量的Zn元素(Zn≥6wt.％)，2)对铸态合金进行固溶化处理从而获得过饱和固溶体，实现优异的固溶强化效果，3)对固溶态合金进行均匀化提高固溶体塑性，4)在室温下对合金进行轧制，通过动态再结晶得到的纳米晶和动态析出得到纳米析出相进一步调控合金的强塑性。本发明选用单相Beta(Li)镁锂合金保持低密度，通过添加大量Zn元素(Zn≥6wt.％)和固溶处理使合金处于过饱和状态，结合轧制工艺使基体产生纳米晶，并且从过饱和固溶体中动态析出了纳米相,两者共同作用使合金获得强度和塑性的协同调控。与现有技术相比，本发明采用简洁的热处理和轧制工艺，最终获得了强度超过400MPa，延伸率接近20％的超轻高强塑性镁锂合金，具有极大的微观结构设计指向性。极大节约了生产成本，适合高强高韧超轻镁锂合金的工业化批量生产。