[发明专利]一种镁锂合金复杂截面中空构件的制备方法

说明书

本发明涉及一种镁锂合金复杂截面中空构件的制备方法，包括(1)真空熔炼制备镁锂合金锭坯，采用高温压缩试验，建立本构方程和加工图，获得镁锂合金铸锭适宜加工的变形条件；(2)采用有限元数值模拟优化多向锻造工艺参数，将镁锂合金锻造成棒；(3)对镁锂合金锻棒分流组合模挤压进行有限元数值模拟，优化模具结构和挤压工艺；(4)在保护气氛电阻炉中对镁锂合金锻棒加热后，选用优化的模具结构和挤压工艺参数进行热挤压，获得成品或近终尺寸的空心材；(5)对近终尺寸的空心材进行固定短芯杆拉拔，清洗和热处理，然后进行矫直，获得成品中空构件。本发明提供一种组织均匀、细小的镁锂合金复杂截面中空构件的制备新方法，可实现构件轻量化。

技术领域

本发明涉及一种镁锂合金复杂截面中空构件的制备方法，属于有色金属加工成形领域。

背景技术

镁锂合金是迄今为止密度最小的金属结构材料，以金属镁和金属锂为主要元素的镁锂合金其密度一般为1.35～1.65g/cm³，随着锂元素加入量的增加，合金密度逐渐减小。镁锂合金的密度比普通镁合金轻1/4～1/3，比铝合金轻1/3～1/2。镁锂合金具有较高的比强度和比刚度、弹性模量高、抗压屈服强度高、各向异性不明显、塑性和冲击韧度好、对缺口敏感性低和良好的阻尼性能等特点，是航天、航空、兵器工业、核工业、汽车、3C产业、医疗器械等领域理想的结构材料之一。在航空航天领域，随着轻量化趋势的发展，在相同承载能力条件下，镁锂合金可以替代一些相对质量较大的结构材料，减轻卫星和航天器的质量，从而使航天器发挥更大的功能和作用，进而产生巨大的经济效益和战略意义。

文献“何芯，周佳，李落星，等.镁合金薄壁空心型材挤压壁厚减薄问题的有限元分析及解决方案.塑性工程学报，2010，17(2)：62-67”对镁合金薄壁复杂型材的分流模挤压过程进行分析，提出了控制型材壁厚的改进方案，对型材挤压分流模具结构进行改进，即增加焊合室高度和修改分流孔尺寸。其中修改分流孔尺寸的方案能得到壁厚较均匀的型材，是可行的方案。文献“陈良，赵国群，陈高进，等.LZ91Mg-Li合金分流模挤压成形过程数值模拟与实验研究.金属学报，2018，54(2)：339-346”建立了LZ91 Mg-Li合金铸坯分流模挤压过程的有限元模拟模型，研究了挤压比对型材挤压过程中温度、应变、流动速度等物理场量的影响规律。中国发明专利，申请号201410778818.6公开了一种镁锂合金空心型材的加工方法，采用镁锂合金实心铸棒分流组合模热挤压加工断面积小的镁锂合金空心型材。

分流组合模挤压成形是制备中空镁合金构件的主要加工方法。传统镁合金材料多为密排六方结构，塑性成形难度较大，通过在镁合金中添加一定量的Li元素，能够在减小镁合金密度的同时，将镁合金由密排六方转变为体心立方结构，从而大幅度提高镁合金的塑性成形能力。采用分流组合模挤压更适合于镁锂合金中空构件制备加工，目前主要采用镁锂合金铸锭挤压成形中空构件，铸态中柱状晶和树枝晶组织发达，组织粗大，镁锂合金塑性较差，为了提高合金的挤压成形能力，采用高温度挤压。由于Li的化学活性活泼、熔点低，镁锂合金热加工氧化严重、组织粗化显著，高温挤压时镁锂合金空心构件氧化严重，焊合质量较差，变形热引起的过烧严重，组织粗大，产品缺陷多，成品率极低，粗大的组织严重的劣化了镁锂合金空心构件的综合性能，制约了其推广应用，使得镁锂合金空心构件难以在工业实际中获得大量应用。

发明内容

本发明针对镁锂合金中空构件制备加工的技术不足，提出一种细晶镁锂合金复杂截面中空构件的制备新方法，制备加工高质量、高性能镁锂合金复杂截面中空构件。本发明以Mg-Li-Al、Mg-Li-Zn和Mg-Li-Zr镁锂合金为研究对象，采用真空熔炼技术制备镁锂合金，通过多向锻造破碎柱状晶和树枝晶组织，改善合金的宏观偏析，获得组织细小均匀的组织，提高镁锂合金的成形能力，然后采用分流组合模热挤压镁锂合金，直接挤压产品，或挤压出近终尺寸的中空构件，最后经固定短芯杆拉拔，获得成品。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种镁锂合金复杂截面中空构件的制备方法，包括如下步骤：