[发明专利]一种高强韧变形镁锂合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧变形镁锂合金及其制备方法；包括：8～16wt.％Li，2～7wt.％Al，0.3～3wt.％Er，0.2～1.5wt.％Ca，余量为Mg和不可避免的杂质。制备时包括熔炼、热处理和塑性变形，先将镁锂合金铸锭在250℃～450℃固溶处理4～10h，固溶结束后当铸锭冷却至100℃～250℃时进行塑性变形，避免了塑性变形前的均匀化处理导致合金出现时效软化现象。本发明向镁锂合金加入Al、Er元素不仅起到固溶强化作用，又能在基体中析出高温稳定强化相Al₂Er、Al₂Er₃和准晶相，Ca元素的引入显著提高了合金的塑性，再经过后续固溶热处理结合塑性变形后可获得高强韧的镁锂合金。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种镁锂合金，尤其是涉及一种高强韧变形镁锂合金及其制备方法。

背景技术

镁合金是21世纪的绿色工程材料，具有密度低、比强度和比刚度高等优点，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。但是镁锂合金强度较低，目前已经开发出的一系列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-14Li合金中添加1～3wt.％的Al元素，合金的强度大幅上升，抗拉强度由120MPa增加到201MPa，但延伸率却大幅下降，由35％下降到4％，这就限制了材料的应用范围，如何在保证材料强度的同时改善其塑性就成了此类合金的技术难题。通常为了进一步提高镁锂合金强韧性而向其中添加稀土元素，有研究表明，Er等稀土元素对镁锂合金的强化作用较为突出。张中武等公开了《一种铒强化镁锂合金及其制备方法》(公开号CN106676351A)，合金成分的质量百分比为：Li：5～11％、Er：0.5～10％，余量为镁，在氩气保护气氛下熔炼浇注合金铸锭，在200℃～500℃温度下进行均匀化处理0.5～10h，在250℃～400℃温度范围内进行多道次轧制制备的镁锂合金晶粒细小，力学性能良好，但此合金锂含量较低导致合金密度较大，且塑性一般，变形工艺复杂成本较高，为了进一步提高合金强韧性，这就需要探索一种新的方法在保证强度的同时提高合金的塑性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有镁锂合金存在的不足，提供一种高强韧变形镁锂合金及其制备方法。本发明中提及的镁锂合金中锂的含量为8～16wt.％以保证其较小的密度。本发明向镁锂合金中加入Al元素含量为2～7wt.％，因为当加入的Al含量很少时不能起到很好的固溶强化效果也无法和稀土元素形成高温稳定的第二相和准晶相，但当加入过多的Al元素时组织变得粗大，第二相颗粒尺寸也明显变大对性能不利，所以本专利优化出的Al元素的含量为2～7wt.％，不仅能起到良好的固溶强化的作用还能与稀土元素形成较细小的第二相弥散颗粒。同时，Er元素的加入能够使双相的镁锂合金中针状α-Mg变为短棒状，使单相β-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Al₂Er、Al₂Er₃等高温稳定相以及准晶相进一步强化合金。Er含量过低晶粒细化不明显起不到强化作用，含量过高则使第二相颗粒尺寸变大反而会降低合金性能，本专利优化出Er元素的含量为0.3～3wt.％。此外，Ca元素的引入能够明显改善镁锂合金的塑性，优化的含量为0.2～1.5wt.％。另外，本专利经过热处理结合塑性变形制备出一种高强韧变形镁锂合金，其中塑性变形工艺采用挤压、轧制或锻造的方式进行。先将所述镁锂合金铸锭在250℃～450℃进行固溶处理4～10h，固溶时间完成后当铸锭冷却至100℃～250℃时进行塑性变形，省去了塑性变形前单独的均匀化处理。这样不仅简化了工艺，而且避免了塑性变形前进行的均匀化处理引起的时效软化作用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：