[发明专利]一种铸态高强韧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锂合金，本发明也涉及一种镁锂合金的制备方法。

背景技术

镁锂合金是目前最轻的金属结构材料，其密度仅有1.35～1.65g/cm³，比强度高，比刚度高，电磁屏蔽性强，减震性能好，铸造和车削加工性能好，并且具有良好的冷、热变形能力。因此，镁锂合金在航空航天、汽车、电子等领域受到重视，并得到了试验性应用。近年来，全球倡导节能减排，降低能耗，保护地球环境，镁锂合金在这方面有着其他合金难以比拟的优势。目前，我国航空航天领域对减重的迫切需求为镁锂合金的开发与应用提供了机遇与挑战。因此，开发高强度镁锂合金，不论是对环境保护还是对军事国防事业都具有重要意义。

镁锂合金的强度较低是制约其广泛应用的重要问题。很多研究者使用变形加工（挤压、轧制等）的方法来提高合金的强度，这大大增加了合金的成本，而且，由于镁合金在塑性变形过程中容易出现强烈的基面织构，导致了合金的各向异性，同样也大大限制了其作为结构材料的广泛应用。相比而言，合金化是一种在镁合金中常见的强化方式，该方法不仅操作简单易行，还具有普遍推广的意义。

Al、Zn是镁合金中常见的合金化元素。Al加入到Mg合金中可以有效地降低液相线的温度，且单位重量的原子数多，强化效果好。随着铝含量的增加，镁合金的力学性能逐渐提高，在Mg-Li-Al系合金中，铝含量一般低于5%。Zn对Mg-Li合金的时效强化效果明显，对合金的塑性提高不明显。但Zn的加入使合金密度增加，为保持低密度Zn的含量不宜过大。稀土元素在熔炼镁合金过程中具有除气、除杂的净化作用，能提高合金流动性、成型性和细化组织作用。RE与Mg、Al、Zn等形成热稳定性好，高熔点金属间化合物，可产生弥散强化作用。重稀土中Y密度最小，有利合金的轻量化，Y还可细化合金枝晶组织、提高塑性的作用。轻稀土Nd在镁合金中不仅具有细晶强化和固溶强化的效果，还具有弥散强化的作用。

对相关研究的文献检索发现，Wang Mingxing等人（Journal of Rare Earths,2007,25,P233-237）用Y和Ce对AM50镁合金进行合金化改性后发现，在AM50中复合添加少量稀土Y和Ce，可获得比单一加入Y或Ce更高的室温和高温力学性能。但是其研究并没有阐明稀土元素复合强韧化的效果，也没有对该效果作出评价与证明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低，强度高、塑性好的铸态高强韧镁锂合金。本发明的目的还在于提供一种操作简单，有利于大规模推广应用的铸态高强韧镁锂合金的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的铸态高强韧镁锂合金的重量百分比组成为：Li：3-6%、Al：1-4％、Zn：1-3％、Y：1.2-2.0％、Nd：0.8-2.0%，余量为Mg及杂质元素。

所述的Y是以Mg-Y中间合金的形式加入镁熔体中，所述的Nd是以Mg-Nd中间合金的形式加入到镁熔体中。

本发明的铸态高强韧镁锂合金的制备方法为：以商业纯Mg、商业纯Li、商业纯Al、商业纯Zn、Mg-Y中间合金和Mg-Nd中间合金为原料，按照产物中组分的重量百分比组成为Li：3-6%、Al：1-4％、Zn：1-3％、Y：1.2-2.0％、Nd：0.8-2.0%，余量为Mg及杂质元素的比例将原料混合，使用真空电磁感应熔炼炉在氩气保护中熔炼，熔炼过程中采用逐渐增加功率的方式进行加热，最后浇注在金属模具中，得到铸态合金；熔炼得到的铸态合金铸锭在真空加热炉中，在300℃下保温30h进行均匀化处理。

本发明的铸态高强韧镁锂合金中复合添加Y和Nd两种稀土元素，它们在Mg中的固溶强化效果会优于单独添加，对合金强度的提高有利。另一方面，由于稀土Y和Nd元素，与Mg元素在原子半径以及元素电负性方面的差异，导致两种稀土元素与Mg之间的交互作用强度会随着Y和Nd元素比例的改变而变化。而当稀土元素Y和Nd以1.2:0.8的比例添加后，合金中的Y、Nd和Mg原子间键能增强，电子云密度增强的同时晶胞之间的结合力也随之增强，合金的强度也就增加。

稀土元素的总量较低，一方面是为了保证Mg-Li合金密度小的特点，另一方面也是要考虑到保证两种稀土元素在合金均存在一定的固溶强化的效果，同时还要兼顾到合金中形成Al-RE化合物的种类、数量以及分布状态对合金强度的影响。

本发明的镁锂合金，其室温下的抗拉强度为：215Mpa-255Mpa；延伸率为：12%-17%。