[发明专利]一种Mg-Li-Al-Zn-Y系铸造镁锂合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种Mg‑Li‑Al‑Zn‑Y系铸造镁锂合金及其制备方法，合金成分在Mg‑Li二元相图的α+β双相区及β单相区，合金体系为Mg‑Li‑Al‑Zn‑Y系，包括按质量百分数计的如下元素：Li：8‑11％，Al：3‑4％，Zn：2.5‑3.5％，Y：0.5‑1.2％，余量为Mg及不可避免的杂质，所述铸造Mg‑Li‑Al‑Zn‑Y系合金具有轻质高强度。合金的制备以Mg、Li、Al、Zn和Mg‑20Y中间合金为原料，在镁合金感应熔铸设备中利用铁制坩埚通过真空熔炼氩气保护，浇铸冷却后，即得到Mg‑Li‑Al‑Zn‑Y系合金；本发明所提供的Mg‑Li‑Al‑Zn‑Y系合金具有较低的密度，密度范围1.52‑1.56g/cm³，合金元素的加入提高了镁锂合金的抗拉强度，抗拉强度范围180‑244MPa；本发明所制备的Mg‑Li‑Al‑Zn‑Y系合金含有AlLi、Al₂Y和Mg₁₇Al₁₂等增强相，本发明制备工艺简单，制备出的Mg‑Li‑Al‑Zn‑Y系合金具有良好的力学性能，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于金属结构材料技术领域，涉及利用镁锂合金二元相图及组织优化设计镁锂合金的方法，具体涉及一种Mg-Li-Al-Zn-Y系铸造镁锂合金及其制备方法。

背景技术

镁锂合金是迄今为止最轻的金属结构材料，其具有高比强度、比刚度等优点，在航空航天、武器装备等领域具有潜在的应用价值。然而，铸造镁锂合金绝对强度不高、力学性能不稳定限制了镁锂合金铸件的实际应用。

目前国内外提高镁锂合金抗拉强度的方法主要包括多元合金化、变质处理、冷轧、挤压、时效处理等。其中多元合金化是改善铸造镁锂合金力学性能最常用的方法，通常添加在Mg-Li合金中的元素主要有三类：一是固溶度较大的元素，如Ag、Cd、Hg、Zn、Al元素等，强化效果较好，但合金的组织性能稳定性较差；二是固溶度较小的元素，如Ni、Co、Cu、Ca、Sr元素等，强化效果较小，但组织及性能稳定性好；三是固溶度很小的元素，如K、Be、B、Cr、Mo元素等。

研究较广泛的体系为Mg-Li-Al系、Mg-Li-Zn系、Mg-Li-Ag系等三元体系，Al和Zn都是固溶度较大的元素，可以起到固溶强化的作用。尽管国内外众多学者对镁锂合金进行了广泛研究，但是依然需要进一步设计寻找具有稳定力学性能的镁锂合金，在降低密度的同时具有较高的抗拉强度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种Mg-Li-Al-Zn-Y系铸造镁锂合金及其制备方法，加入稀土元素Y在凝固过程中形成Al₂Y强化相，第二相的尺寸及其与主相的分布状态，对镁锂合金的力学性能有积极影响，有效提高镁锂合金的力学性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种Mg-Li-Al-Zn-Y系铸造镁锂合金，按质量分数计，包括Li：8-11％，Al：3-4％，Zn：2.5-3.5％，Y：0.5-1.2％，余量为Mg及不可避免的杂质。

合金密度为1.52-1.56g/cm³，抗拉强度为180-244MPa。

组织包括α-Mg固溶体相、β-Li固溶体相、AlLi相、Al₂Y相和Mg₁₇Al₁₂相。

Al₂Y相富集在晶界周围。

一种Mg-Li-Al-Zn-Y系铸造镁锂合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照权利要求1所述组分称量Mg、Li、Al、Zn和Mg-20Y，在保护气氛下熔炼Mg、Li、Al、Zn和Mg-20Y，得到熔融态Mg-Li-Al-Zn-Y系合金；

步骤2，将步骤所得熔融态Mg-Li-Al-Zn-Y系合金浇铸到预热的模具中，待铸锭充分冷却后，取出空冷，得到铸态合金。