CN113502422A - 高强韧镁锂合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强韧镁锂合金及其制备方法，其中，该方法包括：(1)将熔炼原料供给至真空熔炼炉中进行熔炼，得到镁锂合金铸锭；(2)将所述镁锂合金铸锭进行挤压变形加工，得到第一镁锂合金板材；(3)将所述第一镁锂合金板材进行热轧处理，得到第二镁锂合金板材；(4)将所述第二镁锂合金板材进行搅拌摩擦处理，得到高强韧镁锂合金，其中，在步骤(1)中，所述熔炼原料由以下质量百分比的组分组成：Al：4％～8％，Zn：1.0％～2.5％，Li：5％～9％，余量为Mg以及不可去除的杂质元素。采用该方法来制备镁锂合金，能够在大幅度提高镁锂合金强度的同时保持其优异的塑性，最终获得高强韧镁锂合金，从而可以满足航空航天等领域对于超轻高强材料的需求。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种高强韧镁锂合金及其制备方法。
背景技术
镁合金作为轻质金属材料，具有比强度高、比刚度高、易切削加工、成型性能好等优点，比铝的密度低30％，是轻量化需求的优选金属。其中镁锂合金作为最轻的金属结构材料符合轻量化的迫切需求，在军事、航空航天以及电子产品等领域也越来越受到重视，已在国防军工和航空航天领域得到了广泛应用。镁锂合金中因锂的存在能够进一步将镁合金密度降低至1.30～1.65g/cm3，进一步实现了轻量化。同时，高锂含量使镁合金的密排六方结构Alpha相转变为体心立方结构Beta相，Beta相的存在对合金产生两方面的影响，一是以Beta相为基体的合金强度较低；另一方面，以Beta相为基体的合金具有优异的塑性变形能力。目前已经开发出的一系列含有Beta相的镁锂合金往往不能同时满足强度高塑性好的要求。
对于镁锂合金强度的提升，常用方法为对合金进行微合金化、热处理和塑性变形。已有报道在镁锂合金中加入Al、Zn、Ag、Si等元素来实现对镁锂合金的微合金化。研究发现，向Mg-11Li合金中添加1～3wt％的Al元素，可以使合金的强度大幅上升，抗拉强度由130MPa增加到220MPa，但延伸率却大幅下降，由36％下降到10％以下，这就限制了材料的应用范围，如何在大幅度提高镁锂合金强度的同时保持其优异的塑性就成了此类合金的技术难题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高强韧镁锂合金及其制备方法，采用该方法来制备镁锂合金，能够在大幅度提高镁锂合金强度的同时保持其优异的塑性，最终获得高强韧镁锂合金，从而可以满足航空航天等领域对于超轻高强材料的需求。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备高强韧镁锂合金的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
(1)将熔炼原料供给至真空熔炼炉中进行熔炼，以便得到镁锂合金铸锭；
(2)将所述镁锂合金铸锭进行挤压变形加工，以便得到第一镁锂合金板材；
(3)将所述第一镁锂合金板材进行热轧处理，以便得到第二镁锂合金板材；
(4)将所述第二镁锂合金板材进行搅拌摩擦处理，以便得到高强韧镁锂合金，
其中，在步骤(1)中，所述熔炼原料由以下质量百分比的组分组成：Al：4％～8％，Zn：1.0％～2.5％，Li：5％～9％，余量为Mg以及不可去除的杂质元素。
根据本发明实施例的制备高强韧镁锂合金的方法，首先将熔炼原料供给至真空熔炼炉中进行熔炼，其中，熔炼原料由以下质量百分比的组分组成：Al：4％～8％，Zn：1.0％～2.5％，Li：5％～9％，余量为Mg以及不可去除的杂质元素。发明人发现，Li元素的加入可以使镁锂合金保持较小的密度，从而实现轻量化，但若Li元素加入过少，则镁锂合金的密度降低效果不明显；而若Li元素加入过多，会降低镁锂合金的强度。另外，向镁锂合金中加入Al元素可以使合金的强度大幅上升，但若Al元素加入过少，不能起到固溶强化效果，也无法形成高温稳定的第二相和准晶相；而若Al元素加入过多，组织变得粗大，第二相颗粒尺寸也明显变大，对合金性能不利。由此，采用本申请的Al元素添加量不仅能起到良好的固溶强化的作用，还能形成较细小的第二相弥散颗粒，避免合金性能恶化。同时，向镁锂合金中加入Zn元素能够使双相的镁锂合金中针状Alpha-Mg趋于等轴状，同时使得单相Beta-Li基体组织细化，不仅能够起到细晶强化的作用，还能与Al元素形成稳定相以及准晶相进一步强化合金，但若Zn元素加入过少，晶粒细化不明显，起不到强化作用；而若Zn元素加入过多，则会使第二相颗粒尺寸变大反而会降低合金性能。由此，采用本申请的Zn元素添加量不仅能提高合金强度，还能避免合金性能恶化。然后将镁锂合金铸锭依次进行挤压变形加工、热轧处理和搅拌摩擦处理，其中，搅拌摩擦处理将材料的结晶尺寸降低到亚微米级的同时，将大部分Al元素以固溶态限制在Beta相内，并析出了纳米级的Theta相MgLi2Al，从而综合提升了材料的力学强度，并且借由Alpha和Beta相的均匀弥散分布改善了变形过程中局部应力的分布状态，提供了更多的应变，从而改善了材料的整体塑性，最终得到高强韧镁锂合金。综上，采用本申请方法来制备镁锂合金，通过对镁锂合金进行合理的成分设计，加入的Al、Zn等元素不仅起到固溶强化作用，又能在基体中析出强化相，并且辅以固溶处理与多重塑性变形相结合的方法，能够在大幅度提高镁锂合金强度的同时保持其优异的塑性，最终获得高强韧镁锂合金，从而可以满足航空航天等领域对于超轻高强材料的需求。
另外，根据本发明上述实施例的制备高强韧镁锂合金的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述熔炼的步骤为：先将所述真空熔炼炉内的真空度抽到1×10-2Pa以下，再通入氩气使所述真空熔炼炉内的压强保持在0.04MPa～0.05MPa，随后进行加热，在590℃～610℃温度下搅拌2～4分钟，之后在660℃～680℃温度下静置6～8分钟后得到合金熔体，最后将所述合金熔体进行浇注，冷却后得到所述镁锂合金铸锭。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述挤压变形加工的温度为110℃-160℃，挤压比为15～18。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述第一镁锂合金板材的厚度为8mm～10mm。
在本发明的一些实施例中，在进行步骤(2)之前，预先将所述镁锂合金铸锭在氩气气氛保护下进行成分均匀化热处理，所述成分均匀化热处理的温度为310℃-360℃。由此，可以使镁锂合金铸锭中的各金属元素分布更为均匀，进一步提高合金性能。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述热轧处理的温度为140℃～180℃。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述第二镁锂合金板材的厚度为3.5mm～5mm。
在本发明的一些实施例中，其特征在于，在步骤(4)中，所述搅拌摩擦处理的转速为1200～4000r/m。由此，能够在大幅度提高镁锂合金强度的同时保持其优异的塑性。
在本发明的一些实施例中，所述搅拌摩擦处理使用的搅拌头为H13刀具钢制搅拌头。由此，能够在大幅度提高镁锂合金强度的同时保持其优异的塑性。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种高强韧镁锂合金。根据本发明的实施例，所述高强韧镁锂合金采用上述方法制备得到。由此，该高强韧镁锂合金在具有高强度的同时，保持了良好的变形能力，其抗拉强度大于340MPa，比强度大于210Nm/kg，塑性大于24％，从而可以很好地满足航空航天等领域对于超轻高强材料的需求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的制备高强韧镁锂合金的方法流程示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备高强韧镁锂合金的方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
S100：将熔炼原料供给至真空熔炼炉中进行熔炼
该步骤中，通过将熔炼原料供给至真空熔炼炉中进行熔炼，即可得到镁锂合金铸锭。其中，上述熔炼原料由以下质量百分比的组分组成：Al：4％～8％，Zn：1.0％～2.5％，Li：5％～9％，余量为Mg以及不可去除的杂质元素。发明人发现，Li元素的加入可以使镁锂合金保持较小的密度，从而实现轻量化，但若Li元素加入过少，则镁锂合金的密度降低效果不明显；而若Li元素加入过多，会降低镁锂合金的强度。另外，向镁锂合金中加入Al元素可以使合金的强度大幅上升，但若Al元素加入过少，不能起到固溶强化效果，也无法形成高温稳定的第二相和准晶相；而若Al元素加入过多，组织变得粗大，第二相颗粒尺寸也明显变大，对合金性能不利。由此，采用本申请的Al元素添加量不仅能起到良好的固溶强化的作用，还能形成较细小的第二相弥散颗粒，从而可以避免合金性能恶化。同时，向镁锂合金中加入Zn元素能够使双相的镁锂合金中针状Alpha-Mg趋于等轴状，同时使得单相Beta-Li基体组织细化，不仅能够起到细晶强化的作用，还能与Al元素形成稳定相以及准晶相进一步强化合金，但若Zn元素加入过少，晶粒细化不明显，起不到强化作用；而若Zn元素加入过多，则会使第二相颗粒尺寸变大反而会降低合金性能。由此，采用本申请的Zn元素添加量不仅能提高合金强度，还能避免合金性能恶化。具体的，Al，Zn以单质形式加入，Mg和Li以镁锂合金的形式加入。
进一步地，上述熔炼过程的具体步骤如下：将熔炼原料依次装入真空熔炼炉的坩埚内，打开冷却循环水，将真空熔炼炉盖盖严后启动抽真空装置将真空熔炼炉内的真空度抽到1×10-2Pa以下，再通入99.99％高纯氩气使真空熔炼炉内的压强保持在0.04MPa～0.05MPa，随后启动加热装置进行加热，在590℃～610℃温度下搅拌2～4分钟，之后在660℃～680℃温度下静置6～8分钟后，关闭加热装置，得到合金熔体，然后通过外部摇杆控制炉内坩埚，将合金熔体浇注到模具内后随炉冷却，冷却后得到镁锂合金铸锭。铸锭规格为直径80mm，长度200mm。发明人发现，若熔炼时真空熔炼炉内的压强过小，外界空气容易侵入炉体氧化试样；而若熔炼时真空熔炼炉内的压强过大，会造成氩气的浪费。由此，采用本申请的压强可以避免试样氧化和氩气浪费。同时，若搅拌温度过低，无法使合金材料组分得到充分混合；而若搅拌温度过高，则会有溅出坩埚的危险。若搅拌时间过短，无法使合金材料组分得到充分混合；而若搅拌时间过长，则会有样品氧化变质的风险。另外，若静置温度过低，无法使合金材料组分得到充分混合；而若静置温度过高，则会有样品氧化变质的风险。若静置时间过短，无法使合金材料组分得到充分混合；而若静置时间过长，则会有样品氧化变质的风险。由此，采用本申请的搅拌和静置条件，一方面有利于合金材料组分充分混合；另一方面，可以避免样品氧化变质。
需要说明的是，上述真空熔炼炉和加热装置的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能够实现上述功能即可。
S200：将镁锂合金铸锭进行挤压变形加工
该步骤中，通过先将镁锂合金铸锭用线切割去除铸锭外周部分，再利用车削加工去除铸锭表面氧化皮后进行挤压变形加工，挤压时间为25～35min，优选30min，即可得到厚度为8mm～10mm的第一镁锂合金板材。具体的，挤压方向可以为正向挤压。优选地，在对镁锂合金铸锭进行线切割之前，预先将镁锂合金铸锭在氩气气氛保护下进行成分均匀化热处理，热处理后随炉冷却。发明人发现，通过对镁锂合金铸锭进行成分均匀化热处理，可以使镁锂合金铸锭中各金属元素分布更为均匀，从而提升合金性能。进一步地，上述成分均匀化热处理的温度为310℃-360℃。发明人发现，若成分均匀化热处理的温度过低，会造成成分均匀化效果不完全从而影响材料的整体性能；而若成分均匀化热处理的温度过高，会造成局部材料融化造成材料成分不均匀。由此，采用本申请的成分均匀化条件可以达到最佳的成分均匀化效果，同时可以避免造成局部材料融化。
进一步地，上述挤压变形加工的温度为110℃～160℃，挤压比为15～18。发明人发现，若挤压变形加工的温度过低，材料无法充分动态再结晶从而使得挤压过程容易开裂；而若挤压变形加工的温度过高，会使得晶粒粗大化从而降低材料力学性能。同时，若挤压变形加工的挤压比过小，无法导入足够的变形从而使得材料力学性能偏低；而若若挤压变形加工的挤压比过大，会因为材料无法完成流动使得挤压失败。由此，采用本申请的挤压变形加工条件可以保证挤压变形加工顺利进行，同时可以避免材料开裂和力学性能变差。
S300：将第一镁锂合金板材进行热轧处理
该步骤中，通过对第一镁锂合金板材进行打磨以去除第一镁锂合金板材表面氧化皮，然后对其进行热轧处理，即可得到厚度为3.5mm～5mm的第二镁锂合金板材。具体的，热轧处理的轧辊速度为210～230转/分钟，优选220转/分钟，单道次压下量为0.4～0.6mm，优选0.5mm。
进一步地，上述热轧处理的温度为310℃-360℃，发明人发现，若热轧处理的温度过低，材料无法充分动态再结晶从而使得热轧过程容易开裂；而若热轧处理的温度过高，会使得晶粒粗大化从而降低材料力学性能。由此，采用本申请的热轧处理条件可以避免材料开裂和力学性能变差。
S400：将第二镁锂合金板材进行搅拌摩擦处理
该步骤中，通过对第二镁锂合金板材进行打磨以去除第二镁锂合金板材表面氧化皮，再使用搅拌头对第二镁锂合金板材进行搅拌摩擦处理，即可得到高强韧镁锂合金。发明人发现，搅拌摩擦加工将材料晶粒尺寸降低到亚微米级的同时，将大部分Al元素以固溶态限制在Beta相内，并析出了纳米级的Theta相MgLi2Al，从而综合提升了材料的力学强度，并且借由Alpha和Beta相的均匀弥散分布改善了变形过程中局部应力的分布状态，提供了更多的应变，从而实现了材料强度和韧性的同时提升。优选地，搅拌摩擦处理使用的搅拌头为H13刀具钢制搅拌头。具体的，搅拌头尺寸为：轴肩直径采用11～13mm，优选12mm，搅拌针直径采用3～5mm，优选4mm，搅拌针长度采用2.5～2.9mm，优选2.7mm。另外，搅拌摩擦处理的压入量为0.08～0.12mm/道次，优选0.1mm/道次。
进一步地，上述搅拌摩擦处理的转速为1200～4000r/m。发明人发现，若转速过低，会使得加工温度过低无法使Al元素充分固溶进入基体；而若转速过高，会使得结晶粒粗大化，从而恶化材料的力学性能和耐腐蚀性能。由此，采用本申请的转速不仅有利于提升固溶强化效果，还可以避免材料性能发生恶化。
发明人发现，该方法首先将熔炼原料供给至真空熔炼炉中进行熔炼，其中，熔炼原料由以下质量百分比的组分组成：Al：4％～8％，Zn：1.0％～2.5％，Li：5％～9％，余量为Mg以及不可去除的杂质元素。发明人发现，Li元素的加入可以使镁锂合金保持较小的密度，从而实现轻量化，但若Li元素加入过少，则镁锂合金的密度降低效果不明显；而若Li元素加入过多，会降低镁锂合金的强度。另外，向镁锂合金中加入Al元素可以使合金的强度大幅上升，但若Al元素加入过少，不能起到固溶强化效果，也无法形成高温稳定的第二相和准晶相；而若Al元素加入过多，组织变得粗大，第二相颗粒尺寸也明显变大，对合金性能不利。由此，采用本申请的Al元素添加量不仅能起到良好的固溶强化的作用，还能形成较细小的第二相弥散颗粒，避免合金性能恶化。同时，向镁锂合金中加入Zn元素能够使双相的镁锂合金中针状Alpha-Mg趋于等轴状，同时使得单相Beta-Li基体组织细化，不仅能够起到细晶强化的作用，还能与Al元素形成稳定相以及准晶相进一步强化合金，但若Zn元素加入过少，晶粒细化不明显，起不到强化作用；而若Zn元素加入过多，则会使第二相颗粒尺寸变大反而会降低合金性能。由此，采用本申请的Zn元素添加量不仅能提高合金强度，还能避免合金性能恶化。然后将镁锂合金铸锭依次进行挤压变形加工、热轧处理和搅拌摩擦处理，其中，搅拌摩擦处理将材料的结晶尺寸降低到亚微米级的同时，将大部分Al元素以固溶态限制在Beta相内的同时，析出了纳米级的Theta相MgLi2Al，从而综合提升了材料的力学强度，并且借由Alpha和Beta相的均匀弥散分布改善了变形过程中局部应力的分布状态，提供了更多的应变，从而改善了材料的整体塑性，最终得到高强韧镁锂合金。综上，采用本申请方法来制备镁锂合金，通过对镁锂合金进行合理的成分设计，加入的Al，Zn等元素不仅起到固溶强化作用，又能在基体中析出强化相，并且辅以固溶处理与多重塑性变形相结合的方法，能够在大幅度提高镁锂合金强度的同时保持其优异的塑性，最终获得高强韧镁锂合金，从而可以满足航空航天等领域对于超轻高强材料的需求。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种高强韧镁锂合金。根据本发明的实施例，该高强韧镁锂合金采用上述方法制备得到。由此，该高强韧镁锂合金在具有高强度的同时，保持了良好的变形能力，其抗拉强度大于340MPa，比强度大于210Nm/kg，塑性大于24％，从而可以很好地满足航空航天等领域对于超轻高强材料的需求。需要说明的是，上述针对制备高强韧镁锂合金的方法所描述的特征和优点同样适用于该高强韧镁锂合金，此处不再赘述。
下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。
实施例1
步骤1：摆放好模具并将熔炼原料(熔炼原料由以下质量百分比的组分组成：Al：6％，Zn：2％，Li：7％，余量为Mg以及不可去除的杂质元素)依次装入真空熔炼炉的坩埚内，打开冷却循环水，将真空熔炼炉盖盖严后启动抽真空装置将真空熔炼炉内的真空度抽到1×10-2Pa以下，再通入99.99％高纯氩气使真空熔炼炉内的压强保持在0.04MPa～0.05MPa，随后启动中频感应加热装置进行加热，在590℃～610℃温度下搅拌3分钟，之后在660℃～680℃温度下静置7分钟后，关闭中频感应加热装置，得到合金熔体，然后通过外部摇杆控制炉内坩埚，将合金熔体浇注到模具内后随炉冷却，待炉内温度降低后开启真空熔炼炉盖并取出镁锂合金铸锭。铸锭规格为直径80mm，长度200mm，然后在氩气保护氛围下进行均匀化热处理(330℃，12小时)，热处理后随炉冷却。
步骤2：先将镁锂合金铸锭用线切割去除铸锭外周部分，再利用车削加工去除铸锭表面氧化皮后在130℃进行挤压变形加工(挤压比为16，挤压方向为正向挤压)，挤压前，将挤压筒加热至280℃，并将挤压模具加热至120℃，挤压后得到厚度为6mm的第一镁锂合金板材；
步骤3：用线切割将第一镁锂合金板材切割为40mm×80mm的板块，打磨去除氧化皮，以40mm边的方向进行热轧制。轧制前将第一镁锂合金板材加热到160℃，轧辊速度为220转/分钟，单道次压下量为0.5mm，得到的第二镁锂合金板材厚度为4mm，总压下量为33％。
步骤4：打磨除去第二镁锂合金板材表面的氧化皮，随后利用H13钢制搅拌头对材料进行搅拌摩擦加工。搅拌头尺寸为轴肩直径：12mm，搅拌针直径：4mm，搅拌针长度：2.7mm。搅拌摩擦加工使用压入量控制策略，参数应该选取转速/加工速度比为2000r/m，压入量为0.1mm/道次。最后利用线切割取出搅拌摩擦加工部分，得到高强韧镁锂合金。
该高强韧镁锂合金的密度和室温力学性能为：密度为1.53g/cm3，屈服强度为302MPa，抗拉强度为341MPa，延伸率为25.1％，高于商用镁基以及绝大部分镁锂基合金。
实施例2
步骤1：摆放好模具并将熔炼原料(熔炼原料由以下质量百分比的组分组成：Al：4％，Zn：2.5％，Li：6％，余量为Mg以及不可去除的杂质元素)依次装入真空熔炼炉的坩埚内，打开冷却循环水，将真空熔炼炉盖盖严后启动抽真空装置将真空熔炼炉内的真空度抽到1×10-2Pa以下，再通入99.99％高纯氩气使真空熔炼炉内的压强保持在0.04MPa～0.05MPa，随后启动中频感应加热装置进行加热，在590℃～610℃温度下搅拌4分钟，之后在660℃～680℃温度下静置6分钟后，关闭中频感应加热装置，得到合金熔体，然后通过外部摇杆控制炉内坩埚，将合金熔体浇注到模具内后随炉冷却，待炉内温度降低后开启真空熔炼炉盖并取出镁锂合金铸锭。铸锭规格为直径80mm，长度200mm，然后在氩气保护氛围下进行均匀化热处理(360℃，12小时)，热处理后随炉冷却。
步骤2：先将镁锂合金铸锭用线切割去除铸锭外周部分，再利用车削加工去除铸锭表面氧化皮后在110℃进行挤压变形加工(挤压比为18，挤压方向为正向挤压)，挤压前，将挤压筒加热至280℃，并将挤压模具加热至120℃，挤压后得到厚度为8mm的第一镁锂合金板材；
步骤3：用线切割将第一镁锂合金板材切割为40mm×80mm的板块，打磨去除氧化皮，以40mm边的方向进行热轧制。轧制前将第一镁锂合金板材加热到180℃，轧辊速度为220转/分钟，单道次压下量为0.5mm，得到的第二镁锂合金板材厚度为5mm，总压下量为37.5％。
步骤4：打磨除去第二镁锂合金板材表面的氧化皮，随后利用H13钢制搅拌头对材料进行搅拌摩擦加工。搅拌头尺寸为轴肩直径：12mm，搅拌针直径：4mm，搅拌针长度：2.7mm。搅拌摩擦加工使用压入量控制策略，参数应该选取转速/加工速度比为1200r/m，压入量为0.1mm/道次。最后利用线切割取出搅拌摩擦加工部分，得到高强韧镁锂合金。
该高强韧镁锂合金的密度和室温力学性能为：密度为1.55g/cm3，屈服强度为296MPa，抗拉强度为344MPa，延伸率为26.7％，高于商用镁基以及绝大部分镁锂基合金。
实施例3
步骤1：摆放好模具并将熔炼原料(熔炼原料由以下质量百分比的组分组成：Al：8％，Zn：1.0％，Li：9％，余量为Mg以及不可去除的杂质元素)依次装入真空熔炼炉的坩埚内，打开冷却循环水，将真空熔炼炉盖盖严后启动抽真空装置将真空熔炼炉内的真空度抽到1×10-2Pa以下，再通入99.99％高纯氩气使真空熔炼炉内的压强保持在0.04MPa～0.05MPa，随后启动中频感应加热装置进行加热，在590℃～610℃温度下搅拌2分钟，之后在660℃～680℃温度下静置8分钟后，关闭中频感应加热装置，得到合金熔体，然后通过外部摇杆控制炉内坩埚，将合金熔体浇注到模具内后随炉冷却，待炉内温度降低后开启真空熔炼炉盖并取出镁锂合金铸锭。铸锭规格为直径80mm，长度200mm，然后在氩气保护氛围下进行均匀化热处理(310℃，12小时)，热处理后随炉冷却。
步骤2：先将镁锂合金铸锭用线切割去除铸锭外周部分，再利用车削加工去除铸锭表面氧化皮后在160℃进行挤压变形加工(挤压比为15，挤压方向为正向挤压)，挤压前，将挤压筒加热至280℃，并将挤压模具加热至120℃，挤压后得到厚度为8mm的第一镁锂合金板材；
步骤3：用线切割将第一镁锂合金板材切割为40mm×80mm的板块，打磨去除氧化皮，以40mm边的方向进行热轧制。轧制前将第一镁锂合金板材加热到180℃，轧辊速度为220转/分钟，单道次压下量为0.5mm，得到的第二镁锂合金板材厚度为3.5mm，总压下量为56.25％。
步骤4：打磨除去第二镁锂合金板材表面的氧化皮，随后利用H13钢制搅拌头对材料进行搅拌摩擦加工。搅拌头尺寸为轴肩直径：12mm，搅拌针直径：4mm，搅拌针长度：2.7mm。搅拌摩擦加工使用压入量控制策略，参数应该选取转速/加工速度比为4000r/m，压入量为0.1mm/道次。最后利用线切割取出搅拌摩擦加工部分，得到高强韧镁锂合金。
该高强韧镁锂合金的密度和室温力学性能为：密度为1.47g/cm3，屈服强度为309MPa，抗拉强度为352MPa，延伸率为25.2％，高于商用镁基以及绝大部分镁锂基合金。
实施例4
步骤1：摆放好模具并将熔炼原料(熔炼原料由以下质量百分比的组分组成：Al：7％，Zn：1.5％，Li：5％，余量为Mg以及不可去除的杂质元素)依次装入真空熔炼炉的坩埚内，打开冷却循环水，将真空熔炼炉盖盖严后启动抽真空装置将真空熔炼炉内的真空度抽到1×10-2Pa以下，再通入99.99％高纯氩气使真空熔炼炉内的压强保持在0.04MPa～0.05MPa，随后启动中频感应加热装置进行加热，在590℃～610℃温度下搅拌3分钟，之后在660℃～680℃温度下静置7分钟后，关闭中频感应加热装置，得到合金熔体，然后通过外部摇杆控制炉内坩埚，将合金熔体浇注到模具内后随炉冷却，待炉内温度降低后开启真空熔炼炉盖并取出镁锂合金铸锭。铸锭规格为直径80mm，长度200mm，然后在氩气保护氛围下进行均匀化热处理(340℃，12小时)，热处理后随炉冷却。
步骤2：先将镁锂合金铸锭用线切割去除铸锭外周部分，再利用车削加工去除铸锭表面氧化皮后在140℃进行挤压变形加工(挤压比为17，挤压方向为正向挤压)，挤压前，将挤压筒加热至280℃，并将挤压模具加热至120℃，挤压后得到厚度为6mm的第一镁锂合金板材；
步骤3：用线切割将第一镁锂合金板材切割为40mm×80mm的板块，打磨去除氧化皮，以40mm边的方向进行热轧制。轧制前将第一镁锂合金板材加热到150℃，轧辊速度为220转/分钟，单道次压下量为0.5mm，得到的第二镁锂合金板材厚度为4mm，总压下量为33％。
步骤4：打磨除去第二镁锂合金板材表面的氧化皮，随后利用H13钢制搅拌头对材料进行搅拌摩擦加工。搅拌头尺寸为轴肩直径：12mm，搅拌针直径：4mm，搅拌针长度：2.7mm。搅拌摩擦加工使用压入量控制策略，参数应该选取转速/加工速度比为3000r/m，压入量为0.1mm/道次。最后利用线切割取出搅拌摩擦加工部分，得到高强韧镁锂合金。
该高强韧镁锂合金的密度和室温力学性能为：密度为1.59g/cm3，屈服强度为289MPa，抗拉强度为340MPa，延伸率为25.6％，高于商用镁基以及绝大部分镁锂基合金。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种制备高强韧镁锂合金的方法，其特征在于，包括：
(1)将熔炼原料供给至真空熔炼炉中进行熔炼，以便得到镁锂合金铸锭；
(2)将所述镁锂合金铸锭进行挤压变形加工，以便得到第一镁锂合金板材；
(3)将所述第一镁锂合金板材进行热轧处理，以便得到第二镁锂合金板材；
(4)将所述第二镁锂合金板材进行搅拌摩擦处理，以便得到高强韧镁锂合金，
其中，在步骤(1)中，所述熔炼原料由以下质量百分比的组分组成：Al：4％～8％，Zn：1.0％～2.5％，Li：5％～9％，余量为Mg以及不可去除的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述熔炼的步骤为：先将所述真空熔炼炉内的真空度抽到1×10-2Pa以下，再通入氩气使所述真空熔炼炉内的压强保持在0.04MPa～0.05MPa，随后进行加热，在590℃～610℃温度下搅拌2～4分钟，之后在660℃～680℃温度下静置6～8分钟后得到合金熔体，最后将所述合金熔体进行浇注，冷却后得到所述镁锂合金铸锭。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述挤压变形加工的温度为110℃～160℃，挤压比为15～18。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述第一镁锂合金板材的厚度为8mm～10mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行步骤(2)之前，预先将所述镁锂合金铸锭在氩气气氛保护下进行成分均匀化热处理，所述成分均匀化热处理的温度为310℃～360℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述热轧处理的温度为140℃～180℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述第二镁锂合金板材的厚度为3.5mm～5mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述搅拌摩擦处理的转速为1200～4000r/m。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述搅拌摩擦处理使用的搅拌头为H13刀具钢制搅拌头。
10.一种高强韧镁锂合金，其特征在于，采用权利要求1～9中任一项所述的方法制备得到。
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| GR01 | Patent grant | ||
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