[发明专利]一种多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法，多元微合金化双相镁锂合金由以下质量百分数的元素组成：Li 9.10％～9.50％、Al 1.80％～2.20％、Zn 1.20％～1.50％、Zr 0.20％～1.00％、Ca 0.10％～0.50％、Ag 0.10％～0.50％、轻稀土元素0.10％～0.50％、重稀土元素0.10％～2.00％，其余为Mg及杂质元素。本发明的多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法对Li元素含量合理控制，形成α相、β相最佳比例的α+β双相组织，并通过多元微合金化方式，从而获得了同时具有高强度和高延伸率的双相镁锂合金。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是最轻的金属结构材料，其密度仅为铝合金的2/3，钢铁的1/4。与其他金属结构材料相比，镁合金具有高比强度、比刚度、阻尼性、电磁屏蔽性能和易切削、易回收等优点，在航空航天、国防军事工业、汽车、电子通讯等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

镁合金按合金化成分可以分为：镁铝、镁锌、镁锂和镁稀土等系列合金。金属锂作为最轻的金属元素，其密度只有0.534g/cm³，因而镁锂合金是密度最低的镁合金，在航空航天和国防军事等领域可望代替铝合金、钛合金等材料。根据Mg-Li二元合金相图，当Li的含量在5.7～10.3wt.％时，镁锂合金由α+β双相组成，α相为密排六方晶格结构的镁固溶体，而β相为体心立方晶格结构的锂固溶体。当锂含量超过10.3wt.％时，镁锂合金以单一的β相存在。当锂含量低于5.7wt.％时，合金以单一的α相存在。

α相的密排六方晶格结构的镁固溶体可使镁锂合金的强度提高，但是，由于密排六方结构中可以独立开动的滑移系较少，塑性差，因此，镁锂合金中α相密排六方晶格结构的镁固溶体越多镁锂合金的强度越高，但相应会造成合金塑性的大大降低，延伸率大大降低；而β相的体心立方晶格结构的锂固溶体可提高镁锂合金的塑性，但β相的增多使镁锂合金的强度下降。因此，现有技术中的镁锂合金无法同时获得高强度和高延伸率。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种多元微合金化双相镁锂合金及其制备方法，通过多元微合金化、铸造、塑性成形和热处理等工艺获得高强度高延伸率的双相镁锂合金，可同时提高镁锂合金强度和延伸率。

为了解决上述问题，本发明提供一种多元微合金化双相镁锂合金，由以下质量百分数的元素组成：Li 9.10％～9.50％、Al 1.80％～2.20％、Zn1.20％～1.50％、Zr 0.20％～1.00％、Ca 0.10％～0.50％、Ag 0.10％～0.50％、轻稀土元素0.10％～0.50％、重稀土元素0.10％～2.00％，其余为Mg及杂质元素。

该多元微合金化双相镁锂合金通过对Li元素含量的合理调控，使镁锂合金内形成α相、β相最佳比例范围的α+β双相组织，通过占更多体积分数的体心立方结构的β相大幅提高材料的延伸率，通过密排六方的α相提高材料的强度；同时通过多元微合金化方式，形成细小弥散第二相进一步提高合金材料强度，从而获得了同时具有高强度和高延伸率的双相镁锂合金。其中，适量的Al和Zn的加入，使Al和Zn形成MgLi2Al和MgLi2Zn相，进一步提高了合金的强度，而加入的适量的Ag和重稀土元素，可以抑制时效过程中MgLi2Al和MgLi2Zn两相分解为软化相，使得合金的强度进一步提高；Zr、Ca的加入可以细化铸锭晶粒尺寸，进而降低铸锭偏析；并结合少量轻稀土元素的加入，可弱化塑性变形过程中形成的织构，并形成均匀细小的晶粒组织，使得合金具有良好的延伸率。

稀土元素一般被划为两个亚族，包括具有较低的原子序数和较小质量的轻稀土元素和具有较高的原子序数和较大质量的重稀土元素，其中，轻稀土元素包括镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu 7个元素，重稀土元素包括钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu、钇Y。