[发明专利]有效利用稀土元素Y强化双相Mg‑Li‑Zn‑Y镁锂合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁锂合金领域，具体为一种有效利用稀土元素Y强化双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金及制备方法。

背景技术

迄今为止，镁锂合金是工程应用中最轻的金属结构材料，其密度在1.35～1.65g/cm³之间，具有密度低、比强度和比刚度高、冷热变形能力强、各向异性不明显和低温性能好、抗高能粒子穿透能力强、电磁屏蔽性能好、阻尼性能好、切削加工性优良等优点，使得镁锂合金在航空航天和汽车等高新技术领域有着潜在的应用前景。然而，与传统镁合金相比，镁锂合金的绝对强度较低，很难满足工程构件的承载能力要求，严重制约了该合金的应用与进一步的发展。近年来，研究人员发现准晶相的形成对镁锂合金具有显著的强化作用。可以预测，通过增加合金中准晶相的体积分数可以使Mg-Li-Zn-Y镁锂合金的力学性能得到进一步的提高。

然而，早期的研究工作没有深入认识到在镁锂合金中准晶相的形成与Zn/Y比的关系，仅仅通过增加锌(Zn)和钇(Y)的重量百分含量来提高合金的力学性能，这将使稀土元素Y对双相镁锂合金的强化作用得不到有效的发挥。因此，为了充分发挥稀土元素Y对Mg-Li-Zn-Y镁锂合金的强化作用，提出并建立镁锂合金中准晶相形成与Zn/Y比的关系是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效利用稀土元素Y强化双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金及制备方法，在一定Y含量的前提下，通过合理选择合金中Zn/Y比，使引入到镁锂合金基体中准晶相的体积分数达到最大，制备出具有超低密度、高强度、较好塑性的准晶强化双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金，解决镁锂合金绝对强度低等问题。

本发明的技术方案是：

一种有效利用稀土元素Y强化双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金，合金中锌和钇的重量比值Zn/Y为5～10，镁锂合金基体中准晶相的体积分数为3～20％。

所述的有效利用稀土元素Y强化双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金，按重量百分比计，合金中锂含量为5～20％；锌含量为3～20％；钇含量为0.5～5％；镁余量。

所述的有效利用稀土元素Y强化双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金，合金的抗拉强度为σ_b＝200～350MPa；屈服强度为σ_0.2＝140～220MPa；延伸率为δ＝15～30％；合金的密度为1.58～1.85g/cm³。

所述的有效利用稀土元素Y强化双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金的制备方法，Mg-Li-Zn-Y合金熔炼在真空冶炼炉、且有氩气保护的条件下进行，于750～800℃温度下保温3～5小时后，在炉内进行浇铸成型获得铸锭。

所述的有效利用稀土元素Y强化双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金的制备方法，将铸锭在350～450℃温度条件下进行6～10小时的均匀化处理，并用铝箔严密包裹，以防止合金的因高温氧化而可能出现的燃烧。

所述的有效利用稀土元素Y强化双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金的制备方法，在100～350℃温度条件下，将均匀化处理后的铸锭进行塑性加工处理。

所述的有效利用稀土元素Y强化双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金的制备方法，塑性加工处理为不同变形比的挤压、轧制或锻造。

本发明的设计思想是：

本发明通过合理选取双相Mg-Li-Zn-Y镁锂合金中的Zn/Y比(优选为6～8)，在合金元素Y的含量(按重量百分比计，Y优选为1～3％)一定的条件下，使合金中形成的准晶数量达到最大(准晶相的体积分数优选为5～15％)。经塑性大变形处理后，使合金中形成的准晶相破碎并呈均匀分布，这样的作用在于：消除凝固过程中形成大尺寸准晶相共晶组织造成的应力集中，使碎化的准晶颗粒能够有效定扎位错运动，最终使合金的强度得到显著提高，同时该合金还能保持较好的塑性。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明通过控制合金元素中锌钇比(Zn/Y)并选用合理塑性大变形加工工艺，将形成的准晶相共晶组织碎化并呈均匀分布在基体中，其强度在显著提高的同时，还能保持较好的塑性。

2、本发明采用该方法可以充分利用稀土元素Y对镁锂合金的强化作用，极大节约了元素Y的用量，最终降低了准晶强化双相Mg-Li-Zn-Y的成本。

3、本发明采用该方法获得了具有低密度、高强度、高塑性的双相准晶强化镁锂合金,特别适合于轻质、高强、高韧的用材需求。

4、本发明所用的设备简单，成本较低，加工工艺操作简单、方便。

附图说明