[发明专利]一种高强度镁锂合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种镁基合金，本发明也涉及一种镁基合金的制备方法。

背景技术

镁锂合金是最轻的金属结构材料，它具有密度小、比强度和比刚度高、减震性好、易于切削加工等优点，被认为是航天器和汽车轻量化生产的最佳材料。

当前，在国际上获得工业应用的镁锂合金主要有三种牌号;MA21、MA18和LA141,但是这三种镁锂合金的强度均不是很高。因此，提高镁锂合金的强度是一个重要的问题。申请号为200410096186.1的专利文件中，公开了一种含锂镁合金材料及其制备方法，采用Al、RE、Zn、Zr等合金化元素强化镁锂合金，制备了只含有β相的单相合金，该合金的抗拉强度达到180～280MPa。申请号为:201110266610.2的专利文件中，公开了一种高塑性双相含钇的镁锂铝合金及其制备方法，制备了α+β双相合金，该合金保证了较高强度（抗拉强度达到145～175MPa）的同时具有很好的塑性。但是这两类合金的Li含量都比较高，高的Li含量虽然保证了合金具有良好的塑性，但是这样势必会造成合金成本的增加，而且还会影响合金的强度、热稳定性和耐腐蚀性能。此外，传统的变形处理工艺（如：挤压、轧制等）对β相的强化效果非常有限，这导致了β相或α+β双相镁锂合金在后续的变形处理中不会大幅度提高强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Li含量较低的高强度镁锂合金。本发明的目的还在于提供一种能在保证合金具有良好的塑性的同时，增加合金的强度的高强度镁锂合金的制备方法。

本发明的高强度镁锂合金的组成成分及其质量百分含量为：Li：4.5～5.5%，RY(富钇)：2.0～3.8%，Zn：0.2～1.0%，不可避免的Fe、Cu、Ni、Si杂质总量小于0.03%，余量为Mg。稀土元素是以Mg-RY中间合金中间合金的方式加入合金中。

本发明的高强度镁锂合金的制备方法为：

以商业纯Mg、商业纯Li、商业纯Zn、Mg-RY中间合金为原料，按照产品的质量百分含量为：Li：4.5～5.5%，RY(富钇)：2.0～3.8%，Zn：0.2～1.0%，不可避免的Fe、Cu、Ni、Si杂质总量小于0.03%，余量为Mg的比例混合，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼之前先将炉内抽至真空状态，再充入氩气进行保护，熔炼过程一直在氩气气氛的保护下进行，熔炼温度为660～750℃，熔炼后的熔体浇铸到金属模具中得到铸态合金；

进行至少2道次热挤压，主要热挤压工艺参数为：

第1道次热挤压：挤压温度为300～320℃，挤压速率为1.2～1.5m/min，挤压比为4～6，挤压前进行匀质化处理：匀质化温度为300～320℃，保温时间为3～6h，冷却方式为空冷；

第2道次热挤压：挤压温度为280～320℃，挤压速率为1.2～1.5m/min，挤压比为15～25，挤压前进行退火处理：退火温度为300～320℃，保温时间为0.5～1h，冷却方式为空冷；

其它道次热挤压的条件与第2道次热挤压相同；

总挤压比为60～150。

在多道次挤压工艺中，第n（n>2）道次挤压可类比于第二道次挤压，但挤压温度可适当降低。每道次挤压前均进行退火处理。

本发明所具有的实质性特点和显著的进步为：

（1）本发明在镁锂合金中通过对元素种类、各元素之间的比例关系的合理匹配，添加特定组成的RY、Zn等合金化元素形成金属间化合物来强化合金。

（2）本发明具有较低的Li的含量，把合金控制在α单相区内，避免了多道次大挤压比挤压对β相或α+β双相镁锂合金强化效果差的劣势。并且低的Li含量降低了合金成本，改善了合金的耐腐蚀性及热稳定性。

（3）本发明采用的是Mg-RY中间合金的方式加入合金化元素的，避免了纯Y价格昂贵和熔点高的缺点。大大减低了合金的成本，利于商业化应用。

（4）本发明采用的是2道次或多道次挤压的方法制造大挤压比镁锂合金的，第一道次的主要目的是初步细化合金晶粒，改善合金塑性，使后续道次的挤压更容易进行,容易制造大挤压比型材。2道次或多道次挤压的方法降低了挤压温度，改善镁锂合金性能。

（5）本发明操作简单，容易进行。所得合金具有高的强度和良好的塑性。室温下的抗拉强度为220～260MPa，屈服强度为180～220MPa，延伸率为15%～25%。

该发明合金随着Li、RY和Zn元素含量和挤压道次及挤压比的变化，其性能在一定范围内改变，可通过调节合金化元素的含量、比例及挤压工艺满足多种应用场合的要求。