CN106148787A - 适于砂型铸造的镁锂合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金及其制备方法，所述镁锂合金包括：3～10wt.％Li，2～7wt.％Al，0.5～3.5wt.％Zn，0.5～3wt.％Nd，0.5～3wt.％Ce，0.05～0.2wt.％Ti，0.005～0.05wt.％C，余量为Mg和不可避免的杂质。所述制备方法包括熔炼和热处理。本发明以Li、Al和Zn作为主要合金元素，并添加Nd和Ce以及Ti和C，以提高砂型铸造镁锂合金的固溶强化效果，减少缩松缺陷，改善砂型铸造性能，并抑制合金在砂型铸造以及而后固溶过程中的晶粒长大，降低Li元素偏析并提高Li元素收得率。本发明在不明显提高合金成本的情况下，镁锂合金晶粒得到较好的细化，具有优良的砂型铸造成型性能及较高的综合力学性能和价格低廉的特点。

Description

适于砂型铸造的镁锂合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金及其制备方法，具体地说，涉及的是一种适于砂型铸造的镁锂合金及其制备方法。

背景技术

航空、航天和武器装备等由于特殊的工作环境，结构减重和结构承载与功能一体化是其发展的重要方向，镁锂合金具有密度小、比强度和比刚度高、抗震性能优良和切削加工性能好等优点，在航空航天和国防军事工业领域具有广阔的应用前景。不过，航空航天镁合金部件大多因结构复杂、尺寸大而采用低压砂型铸造方法生产。镁锂合金低压砂型铸造是先进材料与先进工艺结合的新技术，在复杂内腔、分型困难、大尺寸的铸件生产应用上将显示出巨大的潜力。不过，尽管砂型铸造具有一系列独特的技术优势，但由于砂型铸造在金属充型和凝固期间同时进行着金属-铸型(包括涂料)界面间的热交换过程，大大降低了金属-铸型界面传热系数，以致铸件冷却速度慢，晶粒粗化现象十分严重，易出现严重的缩松、热裂等缺陷，β析出相呈粗大网状形态，铸件致密性差。粗大的组织降低了镁锂合金的力学性能，难以满足零部件对力学性能的指标要求，因此，目前还没有砂型铸造镁锂合金特别是低压砂型铸造镁锂合金的系统研究报道。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利号为ZL201310177285.1的专利公开了一种高强度镁锂合金及其制备方法，所发明的Mg–Li–RY–Zn镁锂合金(RY为富Y混合稀土)在真空环境下熔炼并进行金属型铸造，然后再进行至少2道次热挤压，合金抗拉强度、屈服强度和延伸率可分别达到220-260MPa、180-220MPa和15-25％，但采用该类合金进行砂型铸造时，晶粒尺寸达到150μm，铸态合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别仅为182MPa、144MPa和16％，没有满足产品的力学性能指标要求。因此，开发适于砂型铸造的镁锂合金是发展镁锂合金材料的重要课题。

为了改善砂型铸造镁锂合金的力学性能，减少缩松、减小第二相的大小和改善铸造缺陷，可通添加微量稀土元素而进行微合金化来调整材料的组织和性能。镁锂合金中常用的合金元素包括Al、Zn、Si等，但是之前的研究表明，这些元素对于镁锂合金强度的提升幅度非常有限。稀土是镁合金有效的强化元素，研究表明，La、Gd等稀土单独添加或混合添加对于镁锂合金强度有一定的提升作用。许道奎等公开了《一种准晶相强化镁锂合金及其制备方法》(公开号CN 1948532A)，通过控制Zn和Y的配比，在合金中形成准晶强化相，获得一种具有较高强度的变形镁锂合金。与此相似，张扬等也公开了《一种高强度镁锂合金的制备方法》(公开号CN104004949A)，通过控制Zn和Gd的配比，也在合金中形成准晶强化相，获得一种具有较高强度的变形镁锂合金。但这两类镁合金都是在真空环境下金属型铸造制备的。因此，为了改善砂型铸造镁锂合金的组织性能，减少其缺陷，提高砂型铸造镁锂合金铸件的成品率，很有必要对现有的镁锂合金的化学成分进行调整，开发出适合于砂型铸造的专用镁锂合金材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适于砂型铸造的专用砂型铸造镁锂合金及其制备方法，使得到的镁锂合金具有良好的砂型铸造成型性能、较高的综合力学性能，具有良好的市场应用前景。

本发明针对砂型铸造的特点，从细化砂型铸造镁锂合金的晶粒、减少镁锂合金的缩松缺陷出发，在Mg–Li合金中添加Al和Zn与镁合金中的Mg和Li元素发生反应生成稳定的共晶相，降低合金熔体的结晶范围，并改善熔体流动性；然后，添加稀土元素Nd和Ce、以及细化剂Ti和C元素，增加固溶和时效强化效果，细化镁锂合金的晶粒和析出相，减少其缩松缺陷，改善其铸造性能及力学性能。该类镁锂合金可以用于复杂结构航空航天零部件的砂型铸造。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金，由按重量百分数计的如下元素组成：3～10wt.％Li，2～7wt.％Al，0.5～3.5wt.％Zn，0.5～3wt.％Nd，0.5～3wt.％Ce，0.05～0.2wt.％Ti，0.005～0.05wt.％C，余量为Mg和不可避免的杂质。

优选地，所述杂质包括总量小于0.02wt.％的Si、Fe、Cu和Ni。

本发明的合金配方中，Al和Zn可以提高熔体流动性，有明显的固溶强化效果。

Nd和Ce等稀土在我国储量丰富，成本低。Nd和Ce能改善镁锂合金的铸造性能，减少晶界低熔点析出物，增加流动性，有效地减少镁锂合金的缩松缺陷，提高综合力学性能和良好的固溶强化效果。通过Nd和Ce对晶界的强化，及其与Al、Zn对合金的力学性能的有益作用，通过各种元素的合理搭配，使得砂型铸造镁锂合金具有更高的抗拉强度和屈服强度。

Ti属于过渡族金属，其晶格与镁合金相同，晶格常数为a＝0.29512nm，c＝0.46845nm。Ti是镁的包晶系元素，包晶温度下(651℃)Ti在Mg中的固溶度为0.2wt.％。Ti作为铝合金细化剂的工业应用已经比较成熟，其中TiC粒子为主的Al-Ti-C中间合金，因其良好的形核能力、较小的尺寸和聚集倾向，成为目前研究和应用最为广泛的铝熔体形核剂。但有关Ti在镁锂合金中应用研究还没有报道。Ti加入镁熔体内，在凝固过程中，Ti极低的溶解度使其在液固界面前沿扩散区内富集，这样不仅阻碍了界面前Al原子的扩散，从而抑制了枝晶的生长，而且在液固界面前产生较大的成分过冷，因而激活了成分过冷区内形核质点的形核。同时，Ti可能与镁熔体内的C形成TiC化合物，该化合物与镁的晶格常数错配度非常小，可作为异质形核的基底。当加入Al-Ti-C中间合金时，在熔体中将释放出TiC粒子，从而增加了镁锂合金凝固时异质核心的数量，使合金组织更加细化。Al-Ti-C对砂型铸造镁锂合金的晶粒细化和β相形态的改善，消除了粗大的化合物相对基体的割裂及对晶界的弱化作用，提高了合金中的滑移和孪生等塑性变形方式开动的可能性，所以合金的塑性得到提高。同时，由于拉伸试验中合金变形强化能力的提高，合金的总体强度也有所提高。

本发明还提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金的制备方法，所述制备方法包括熔炼步骤、热处理步骤。

优选地，所述熔炼步骤具体采用以下方法：

A1、烘料：按所述镁锂合金中各元素的化学计量比分别称取纯Mg、纯Al、纯Zn、Mg–Nd中间合金、Mg–Ce中间合金、Al–Ti中间合金、Al–Ti–C中间合金和Li棒，将上述所有原料在180℃～250℃分别预热3小时；

A2、熔镁：将烘干后的纯Mg加入锂盐保护熔剂后放入坩埚电阻炉中熔化形成镁液；

A3、加Al、Zn、Nd、Ce、Ti和C：当所述镁液的温度达到690℃～730℃时，往所述镁液中加入纯Al，待所述纯Al熔化后，熔体温度回升至700℃～730℃时加入纯Zn，待所述纯Zn熔化后，熔体温度回升至700℃～730℃时加入中间合金Mg–Nd和Mg–Ce，待所述Mg–Nd和Mg–Ce熔化后，熔体温度回升至700℃～730℃时加入中间合金Al–Ti和Al–Ti–C；

A4、加Li：待所述中间合金Al–Ti和Al–Ti–C完全熔化后，熔体温度降至680℃～700℃，将称量好的所述Li棒用不锈钢钟罩将其压入熔体中，待所述Li棒完全熔解后取出钟罩；

A5、精炼：待所述Li棒完全熔化后，熔体温度回升至690℃～710℃，加入精炼熔剂进行精炼；

A6、铸造：经精炼后的熔体浇铸到砂型模具中得到镁锂合金锭。

优选地，所述熔炼步骤在SF₆和CO₂混合气体保护条件下进行。

优选地，步骤A1中，所述Mg–Nd中间合金中Nd的含量为30～90wt.％；所述Mg–Ce中间合金中Ce的含量为20～30wt.％；所述Al–Ti中间合金中Ti的含量为2～5wt.％；所述Al–Ti–C中间合金中Ti和C的含量分别为2～5wt.％和0.5～1wt.％。

优选地，所述锂盐保护熔剂由质量比为5:2的LiCl和LiF混合而成；所述精炼熔剂由质量比为5:2:5的LiCl、LiF、MgCl₂混合而成。

优选地，所述锂盐保护熔剂的加入量为合金总质量的6～12％；所述精炼熔剂的加入量为合金总质量的4％。所述锂盐保护熔剂加入量过低，会导致镁锂合金熔体氧化燃烧，起不到阻燃保护作用；加入量过高，会引入熔剂夹杂，降低合金熔体纯净度。精炼熔剂加入量过高也会引入熔剂夹杂；加入量过低则净化效果较差，和熔体纯净度较低。

优选地，步骤A5中，所述精炼时，用搅拌勺在熔体液面下2/3处垂直搅拌4～6min即可。

优选地，步骤A6中，所述精炼后的熔体进行浇铸前，熔体温度回升至700℃～730℃，保温12min；所述钢制模具浇铸前预先加热至200℃～250℃。

优选地，所述热处理步骤具体采用以下方法：

将经熔炼步骤制备的镁锂合金锭先在250℃～450℃中进行0.5～10小时的固溶处理，然后在25℃～125℃中进行4～80小时的时效处理。固溶温度过高，会导致合金晶粒显著长大，甚至导致试样变形；温度过低，则铸态第二相无法固溶到基体中。时效温度过高，会导致过烧，时效析出的第二相粗大；温度过低，会导致第二相无法完全析出，起不到充分的时效强化作用。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明通过同时添加Al、Zn、Nd、Ce、Ti和C六种元素，提高了合金的流动性，改善了其铸造性能，减少了缩松缺陷。同时在镁锂合金凝固组织中引入多种强化相，经后续热处理后获得更多析出相，起到了强化作用；

(2)本发明获得了具有低密度、高强度、并有较高热稳定性的适于砂型铸造的镁锂合金，特别满足对于轻质高强材料的需求；

(3)本发明对所述镁锂合金在不同温度下的固溶和时效行为进行了系统研究，获得了固溶和时效处理的优化工艺参数，从而使所述镁锂合金在优化的热处理工艺条件下能够达到充分发挥其固溶强化和时效硬化的效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

下述实施例通过向Mg–Li合金中加入一定质量比的Al、Zn、Nd、Ce、Ti和C元素，提高了合金的流动性，改善了其铸造性能，减少了缩松缺陷。在镁锂合金凝固组织中引入多种强化相，经后续热处理后获得更多强化析出相，并抑制合金在砂型铸造以及而后固溶过程中的晶粒长大，使得该合金拥有较低的密度和优良的力学性能。

下述实施例提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金，由按重量百分数计的如下元素组成：3～10wt.％Li，2～7wt.％Al，0.5～3.5wt.％Zn，0.5～3wt.％Nd，0.5～3wt.％Ce，0.05～0.2wt.％Ti，0.005～0.05wt.％C，余量为Mg和不可避免的杂质。

所述杂质为总量小于0.02wt.％的Si、Fe、Cu和Ni。

本发明采用Li(锂)为第一组分，Li的加入能够显著降低合金密度，同时改善合金塑性，当Li含量为本发明所述的3～10wt.％时，合金组织包括α-Mg固溶体和β-Li固溶体，该结构能够兼具较好的塑性和强度；本发明采用Al(铝)为第二组分，Al的加入能够与Li形成AlLi强化相，与Nd形成Al₂Nd强化相；本发明采用Zn(锌)为第三组分，Zn元素的加入能够改善合金的铸造性能，同时与Mg、Li、Al形成强化相；本发明分别采用Nd(钕)和Ce(锶)为第四和第五组分，Nd和Ce能改善镁锂合金的铸造性能，减少晶界低熔点析出物，增加流动性，有效地减少镁锂合金的缩松缺陷，提高综合力学性能和良好的固溶强化效果。通过Nd和Ce对晶界的强化，及其与Al、Zn对合金的力学性能的有益作用，通过各种元素的合理搭配，使得砂型铸造镁锂合金具有更高的抗拉强度和屈服强度；本发明分别采用Ti(钛)和C(碳)为第六和第七组分，增加了镁锂合金凝固时异质核心的数量，使合金组织更加细化。

本发明还提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金的制备方法，所述制备方法包括熔炼步骤、热处理步骤。

所述熔炼步骤具体采用以下方法：

A1、烘料：按所述镁锂合金中各元素的化学计量比分别称取纯Mg、纯Al、纯Zn、Mg–Nd中间合金、Mg–Ce中间合金、Al–Ti中间合金、Al–Ti–C中间合金和Li棒，将上述所有原料在180℃～250℃分别预热3小时；

A2、熔镁：将烘干后的纯Mg加入锂盐保护熔剂后放入坩埚电阻炉中熔化形成镁液；

A3、加Al、Zn、Nd、Ce、Ti和C：当所述镁液的温度达到690℃～730℃时，往所述镁液中加入纯Al，待所述纯Al熔化后，熔体温度回升至700℃～730℃时加入纯Zn，待所述纯Zn熔化后，熔体温度回升至700℃～730℃时加入中间合金Mg–Nd和Mg–Ce，待所述Mg–Nd和Mg–Ce熔化后，熔体温度回升至700℃～730℃时加入中间合金Al–Ti和Al–Ti–C；

A4、加Li：待所述中间合金Al–Ti和Al–Ti–C完全熔化后，熔体温度降至680℃～700℃，将称量好的所述Li棒用不锈钢钟罩将其压入熔体中，待所述Li棒完全熔解后取出钟罩；

A5、精炼：待所述Li棒完全熔化后，熔体温度回升至690℃～710℃，加入精炼熔剂进行精炼；

A6、铸造：经精炼后的熔体浇铸到砂型模具中得到镁锂合金锭。

所述熔炼步骤在SF₆和CO₂混合气体保护条件下进行。

步骤A1中，所述Mg–Nd中间合金中Nd的含量为30～90wt.％；所述Mg–Ce中间合金中Ce的含量为20～30wt.％；所述Al–Ti中间合金中Ti的含量为2～5wt.％；所述Al–Ti–C中间合金中Ti和C的含量分别为2～5wt.％和0.5～1wt.％。

所述锂盐保护熔剂由质量比为5:2的LiCl和LiF混合而成；所述精炼熔剂由质量比为5:2:5的LiCl、LiF、MgCl₂混合而成。

所述锂盐保护熔剂的加入量为合金总质量的6～12％；所述精炼熔剂的加入量为合金总质量的4％。

步骤A5中，所述精炼时，用搅拌勺在熔体液面下2/3处垂直搅拌4～6min即可。

步骤A6中，所述精炼后的熔体进行浇铸前，熔体温度回升至700℃～730℃，保温12min；所述钢制模具浇铸前预先加热至200℃～250℃。

所述热处理步骤具体采用以下方法：

将经熔炼步骤制备的镁锂合金锭先在250℃～450℃中进行0.5～10小时的固溶处理，然后在25℃～125℃中进行4～80小时的时效处理。

实施例1

本实施例提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金，其组分及其质量百分比为：3wt.％Li，7wt.％Al，3.5wt.％Zn，0.5wt.％Nd，3wt.％Ce，0.2wt.％Ti，0.005wt.％C，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。

该镁锂合金的制备方法包括熔炼和随后的热处理两个工艺工序。

其中，在前的熔炼工艺工序在SF₆和CO₂混合气体保护条件下进行，步骤如下：

(1)烘料：按所述镁锂合金中各元素的化学计量比分别称取纯Mg、纯Al、纯Zn、Mg–30Nd中间合金、Mg–30Ce中间合金、Al–5Ti中间合金、Al–5Ti–0.5C中间合金和Li棒，按照制备合金质量的6％称取锂盐保护熔剂和4％称取精炼熔剂，然后，将上述所有原料在180℃分别预热3小时；所述锂盐保护熔剂由质量比为5:2的LiCl和LiF混合而成；所述精炼熔剂由质量比为5:2:5的LiCl、LiF、MgCl₂混合而成；

(2)熔镁：将烘干后的所述纯Mg和所述锂盐保护熔剂放入坩埚电阻炉中熔化形成镁液；

(3)加Al、Zn、Nd、Ce、Ti和C：当所述镁液的温度达到730℃时，往所述镁液中加入纯Al，待所述纯Al熔化后，熔体温度回升至730℃时加入纯Zn，待所述纯Zn熔化后，熔体温度回升至730℃时加入中间合金Mg–30Nd和Mg–30Ce，待所述中间合金Mg–30Nd和Mg–30Ce熔化后，熔体温度回升至730℃时加入中间合金Al–5Ti和Al–5Ti–0.5C；

(4)加Li：待所述中间合金Al–5Ti和Al–5Ti–0.5C完全熔化后，熔体温度降至700℃，将称量好的所述Li棒用铝箔包覆再用不锈钢钟罩将其压入熔体中，待所述Li棒完全熔解后取出钟罩；

(5)精炼：待所述Li棒完全熔化后，熔体温度回升至710℃，加入占制备合金质量4％的精炼熔剂，并用搅拌勺在熔体液面下2/3处垂直搅拌4min；

(6)铸造：待所述步骤(5)中的熔体温度回升至730℃时保温12min，撇去表面浮渣，用砂型模具进行浇铸，得到铸锭。

所述砂型模具在进行浇铸前先预热至250℃。

所述的热处理工艺为：

将所述镁锂合金锭先在450℃温度中进行0.5小时的固溶处理，然后在25℃温度中进行80小时的时效处理。

该砂型铸造Mg–Li–Al–Zn–Nd–Ce–Ti–C镁锂合金T6态的室温力学性能为：屈服强度：188MPa，抗拉强度：286MPa，延伸率：14％。

实施例2

本实施例提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金，其组分及其质量百分比为：10wt.％Li，2wt.％Al，0.5wt.％Zn，3wt.％Nd，0.5wt.％Ce，0.05wt.％Ti，0.05wt.％C，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。

该镁锂合金的制备方法包括熔炼和随后的热处理两个工艺工序。

其中，在前的熔炼工艺工序在SF₆和CO₂混合气体保护条件下进行，步骤如下：

(1)烘料：按所述镁锂合金中各元素的化学计量比分别称取纯Mg、纯Al、纯Zn、Mg–90Nd中间合金、Mg–20Ce中间合金、Al–2Ti中间合金、Al–2Ti–1C中间合金和Li棒，按照制备合金质量的12％称取锂盐保护熔剂和4％称取精炼熔剂，然后，将上述所有原料在250℃分别预热3小时；所述锂盐保护熔剂由质量比为5:2的LiCl和LiF混合而成；所述精炼熔剂由质量比为5:2:5的LiCl、LiF、MgCl₂混合而成；

(2)熔镁：将烘干后的所述纯Mg和所述锂盐保护熔剂放入坩埚电阻炉中熔化形成镁液；

(3)加Al、Zn、Nd、Ce、Ti和C：当所述镁液的温度达到690℃时，往所述镁液中加入纯Al，待所述纯Al熔化后，熔体温度回升至700℃时加入纯Zn，待所述纯Zn熔化后，熔体温度回升至700℃时加入中间合金Mg–90Nd和Mg–20Ce，待所述中间合金Mg–90Nd和Mg–20Ce熔化后，熔体温度回升至700℃时加入中间合金Al–2Ti和Al–2Ti–1C；

(4)加Li：待所述中间合金Al–2Ti和Al–2Ti–1C完全熔化后，熔体温度降至680℃，将称量好的所述Li棒用铝箔包覆再用不锈钢钟罩将其压入熔体中，待所述Li棒完全熔解后取出钟罩；

(5)精炼：待所述Li棒完全熔化后，熔体温度回升至690℃，加入占制备合金质量4％的精炼熔剂，并用搅拌勺在熔体液面下2/3处垂直搅拌6min；

(6)铸造：待所述步骤(5)中的熔体温度回升至700℃时保温12min，撇去表面浮渣，用砂型模具进行浇铸，得到铸锭。

所述砂型模具在进行浇铸前先预热至200℃。

所述的热处理工艺为：

将所述镁锂合金锭先在250℃温度中进行10小时的固溶处理，然后在125℃温度中进行4小时的时效处理。

该砂型铸造Mg–Li–Al–Zn–Nd–Ce–Ti–C镁锂合金T6态的室温力学性能为：屈服强度：169MPa，抗拉强度：249MPa，延伸率：21％。

实施例3

本实施例提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金，其组分及其质量百分比为：6.5wt.％Li，4.5wt.％Al，2wt.％Zn，1.8wt.％Nd，1.8wt.％Ce，0.1wt.％Ti，0.03wt.％C，杂质元素Si、Fe、Cu和Ni的总量小于0.02wt.％，余量为Mg。

该镁锂合金的制备方法包括熔炼和随后的热处理两个工艺工序。

其中，在前的熔炼工艺工序在SF₆和CO₂混合气体保护条件下进行，步骤如下：

(1)烘料：按所述镁锂合金中各元素的化学计量比分别称取纯Mg、纯Al、纯Zn、Mg–60Nd中间合金、Mg–25Ce中间合金、Al–3.5Ti中间合金、Al–3.5Ti–0.8C中间合金和Li棒，按照制备合金质量的9％称取锂盐保护熔剂和4％称取精炼熔剂，然后，将上述所有原料在215℃分别预热3小时；所述锂盐保护熔剂由质量比为5:2的LiCl和LiF混合而成；所述精炼熔剂由质量比为5:2:5的LiCl、LiF、MgCl₂混合而成；

(2)熔镁：将烘干后的所述纯Mg和所述锂盐保护熔剂放入坩埚电阻炉中熔化形成镁液；

(3)加Al、Zn、Nd、Ce、Ti和C：当所述镁液的温度达到710℃时，往所述镁液中加入纯Al，待所述纯Al熔化后，熔体温度回升至715℃时加入纯Zn，待所述纯Zn熔化后，熔体温度回升至715℃时加入中间合金Mg–60Nd和Mg–25Ce，待所述中间合金Mg–60Nd和Mg–25Ce熔化后，熔体温度回升至730℃时加入中间合金Al–3.5Ti和Al–3.5Ti–0.8C；

(4)加Li：待所述中间合金Al–3.5Ti和Al–3.5Ti–0.8C完全熔化后，熔体温度降至690℃，将称量好的所述Li棒用铝箔包覆再用不锈钢钟罩将其压入熔体中，待所述Li棒完全熔解后取出钟罩；

(5)精炼：待所述Li棒完全熔化后，熔体温度回升至700℃，加入占制备合金质量4％的精炼熔剂，并用搅拌勺在熔体液面下2/3处垂直搅拌5min；

(6)铸造：待所述步骤(5)中的熔体温度回升至715℃时保温12min，撇去表面浮渣，用砂型模具进行浇铸，得到铸锭。

所述砂型模具在进行浇铸前先预热至225℃。

所述的热处理工艺为：

将所述镁锂合金锭先在350℃温度中进行5小时的固溶处理，然后在75℃温度中进行42小时的时效处理。

该砂型铸造Mg–Li–Al–Zn–Nd–Ce–Ti–C镁锂合金T6态的室温力学性能为：屈服强度：175MPa，抗拉强度：269MPa，延伸率：16％。

对比例1

本对比例提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金，其组分与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例中不含有C元素。

所述制备方法与实施例1相同。本对比例制备的Mg–Li–Al–Zn铸造美丽合集T6态的室温力学性能为：屈服强度：152Pa，抗拉强度：226MPa，延伸率：8％。

对比例2

本对比例提供了一种高适于砂型铸造的镁锂合金，其组分与实施例2基本相同，不同之处仅在于：本对比例中C的质量百分含量为0.1％。

所述制备方法与实施例1相同。本对比例制备的Mg–Li–Al–Zn铸造镁锂合金T6态的室温力学性能为：屈服强度：158MPa，抗拉强度：241MPa，延伸率：10％。

对比例3

本对比例提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金，其组分与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例中不含有Ti元素。

所述制备方法与实施例1相同。本对比例制备的Mg–Li–Al–Zn铸造美丽合集T6态的室温力学性能为：屈服强度：164MPa，抗拉强度：254MPa，延伸率：8％。

对比例4

本对比例提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金，其组分与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例中Ti的质量百分含量为0.3％。

所述制备方法与实施例1相同。本对比例制备的Mg–Li–Al–Zn铸造美丽合集T6态的室温力学性能为：屈服强度：155MPa，抗拉强度：234MPa，延伸率：7％。

对比例5

本对比例提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金，其组分与实施例1相同。

所述制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：熔炼工艺中，所采用的精炼熔剂由质量比为1:1:1的LiCl、LiF和MgCl₂混合而成。

本对比例制备的Mg–Li–Al–Zn铸造镁锂合金T6态的室温力学性能为：屈服强度：155MPa，抗拉强度：249MPa，延伸率：8％。

对比例6

本对比例提供了一种适于砂型铸造的镁锂合金，其组分与实施例1相同。

所述制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：熔炼工艺中，步骤(4)采用不锈钢丝网包覆Li棒。

本对比例制备的Mg–Li–Al–Zn铸造镁锂合金T6态的室温力学性能为：屈服强度：161MPa，抗拉强度：247MPa，延伸率：9％。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适于砂型铸造的镁锂合金，其特征在于，包括以下重量百分数计的各元素：3～10wt.％Li，2～7wt.％Al，0.5～3.5wt.％Zn，0.5～3wt.％Nd，0.5～3wt.％Ce，0.05～0.2wt.％Ti，0.005～0.05wt.％C，余量为Mg和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的适于砂型铸造的镁锂合金，其特征在于，所述杂质含量小于0.02wt.％，所述杂质包括Si、Fe、Cu和Ni。

3.一种如权利要求1所述的适于砂型铸造的镁锂合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括熔炼步骤、热处理步骤。

4.如权利要求3所述的高强度铸造镁锂合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼步骤具体采用以下方法：

A1、烘料：按所述镁锂合金中各元素的化学计量比分别称取纯Mg、纯Al、纯Zn、Mg–Nd中间合金、Mg–Ce中间合金、Al–Ti中间合金、Al–Ti–C中间合金和Li棒，将上述所有原料在180℃～250℃分别预热3小时；

A2、熔镁：将烘干后的纯Mg加入锂盐保护熔剂后放入坩埚电阻炉中熔化形成镁液；

A3、加Al、Zn、Nd、Ce、Ti和C：当所述镁液的温度达到690℃～730℃时，往所述镁液中加入纯Al，待所述纯Al熔化后，熔体温度回升至700℃～730℃时加入纯Zn，待所述纯Zn熔化后，熔体温度回升至700℃～730℃时加入中间合金Mg–Nd和Mg–Ce，待所述Mg–Nd和Mg–Ce熔化后，熔体温度回升至700℃～730℃时加入中间合金Al–Ti和Al–Ti–C；

A4、加Li：待所述中间合金Al–Ti和Al–Ti–C完全熔化后，熔体温度降至680℃～700℃，将称量好的所述Li棒用不锈钢钟罩将其压入熔体中，待所述Li棒完全熔解后取出钟罩；

A5、精炼：待所述Li棒完全熔化后，熔体温度回升至690℃～710℃，加入精炼熔剂进行精炼；

A6、铸造：经精炼后的熔体浇铸到砂型模具中得到镁锂合金锭。

5.如权利要求4所述的高强度铸造镁锂合金的制备方法，其特征在于，步骤A1中，所述Mg–Nd中间合金中Nd的含量为30～90wt.％；所述Mg–Ce中间合金中Ce的含量为20～30wt.％；所述Al–Ti中间合金中Ti的含量为2～5wt.％；所述Al–Ti–C中间合金中Ti和C的含量分别为2～5wt.％和0.5～1wt.％。

6.如权利要求4所述的高强度铸造镁锂合金的制备方法，其特征在于，所述锂盐保护熔剂由质量比为5:2的LiCl和LiF混合而成；所述精炼熔剂由质量比为5:2:5的LiCl、LiF、MgCl₂混合而成。

7.如权利要求4所述的高强度铸造镁锂合金的制备方法，其特征在于，所述锂盐保护熔剂的加入量为合金总质量的6～12％；所述精炼熔剂的加入量为合金总质量的4％。

8.如权利要求4所述的高强度铸造镁锂合金的制备方法，其特征在于，步骤A5中，所述精炼时，用搅拌勺在熔体液面下2/3处垂直搅拌4～6min即可。

9.如权利要求4所述的高强度铸造镁锂合金的制备方法，其特征在于，步骤A6中，所述精炼后的熔体进行浇铸前，熔体温度回升至700℃～730℃，保温12min；所述钢制模具浇铸前预先加热至200℃～250℃。

10.如权利要求3所述的高强度铸造镁锂合金的制备方法，其特征在于，所述热处理步骤具体采用以下方法：

将经熔炼步骤制备的镁锂合金锭先在250℃～450℃中进行0.5～10小时的固溶处理，然后在25℃～125℃中进行4～80小时的时效处理。