專利名稱：一種高塑性雙相含釔的鎂鋰鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金及其塑性成形技術(shù)，具體是指一種高塑性雙相含釔(Y)的鎂鋰鋁(Mg-Li-Al)合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎂合金材料中以添加鋰元素為主，即構(gòu)成了鎂鋰合金。鎂鋰合金的密度只有 1. 30g/cm3 1. 65g/cm3，僅為鋁合金的1/2，是傳統(tǒng)鎂合金的3/4，是迄今最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂鋰合金可以降低宇宙射線對電子儀器設(shè)備的干擾，能滿足航空、航天工業(yè)對輕質(zhì)材料的需求，因此在通訊電子工業(yè)、軍工和航空航天交通運輸領(lǐng)域中將得到日益廣泛的應(yīng)用。近年來，研究者力求提高鎂鋰合金的強度，而能提高強度的方法往往導(dǎo)致鎂鋰合金塑性的降低。中國專利201010103173. 8公開了一種低稀土高強度鎂鋰合金及其制備方法，雖然該發(fā)明的鎂鋰合金的抗拉強度達到了 200 ^OMPa,然而，其延伸率僅為20%。中國專利200710144339. 9公開了一種高強度的鎂鋰合金，雖然該發(fā)明的合金抗拉強度達到245 300MPa，但延伸率僅為10 25%。在鎂鋰合金中，Li (體心立方)的加入能夠降低鎂晶格(密排六方)的軸比(c/a 值)，使鎂合金晶格對稱性提高，這樣使其棱柱面和錐面滑移系更容易被激活，從而提高合金材料的塑性，但是Li元素的大量加入不僅會提高合金的成本，并且會導(dǎo)致材料耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性降低。為此，研究者必須在控制Li含量的同時較大程度地改善合金的塑性；在提高塑性的同時防止其強度下降。目前對雙相鎂鋰合金的塑性變形溫度一般都高于100°C，在工業(yè)生產(chǎn)中，為了操作簡便、降低加工成本和擴大該類合金的應(yīng)用范圍，降低鎂鋰合金的變形溫度具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，通過改進合金成分設(shè)計并根據(jù)該合金的特點優(yōu)化塑性變形工藝，提供一種高塑性、低密度和較高強度的雙相含釔的鎂鋰鋁合金及其制備方法。本發(fā)明的目的可以通過如下措施來實現(xiàn)—種高塑性雙相含釔的鎂鋰鋁合金，它含有鎂、鋰、鋁，其特征在于該合金還含有稀土元素釔，具體組分及其按質(zhì)量百分比計含量如下Li 9. 50 10. 80%, Al 3. 00 5. 00%, Y 0. 50 0. 70%, Zr 0. 10 0. 30%，其余為 Mg ；所述含釔的鎂鋰鋁合金組織特征是α相、β相和析出相同時存在，其中α相是以Mg為基的固溶體，呈密排六方結(jié)構(gòu)，β相是以Li為基的固溶體，呈體心立方結(jié)構(gòu)，析出相為Al2YW稀土化合物。優(yōu)化的具體組分及其按質(zhì)量百分比計含量如下Li 10. 46 10. 73%，Al 2. 80 4. 49%，Y 0. 51 0.60%，Zr 0. 12 0. 18%, 其余為Mg。
上述高塑性雙相含釔的鎂鋰鋁合金的制備方法，其特征在于該方法是澆鑄和等通道轉(zhuǎn)角擠壓或澆鑄和傳統(tǒng)擠壓的變形工藝相結(jié)合的常溫塑性變形方法，它包括如下步驟和工藝條件步驟一澆鑄(1)按質(zhì)量百分比稱取原材料Li 9. 50 10. 80%，Al 3. 00 5. 00%，Y 0. 50
0.70%, Zr 0. 10 0. 30%，其余為 Mg ；(2)將所稱取的原材料加入真空感應(yīng)爐，在真空狀態(tài)下充入氬氣，并在氬氣保護條件下升溫至熔煉溫度，所述熔煉溫度為680 720°C ；待金屬完全熔化后，采用氬氣氣體保護，攪拌狀態(tài)下保溫5 15min，然后將熔體澆入金屬模具內(nèi)，獲得鑄錠；(3)熱處理將鑄錠在350士 10°C下，均勻化處理12 Mh ；步驟二塑性變形采用等通道轉(zhuǎn)角擠壓或傳統(tǒng)擠壓的塑性變形工藝等通道轉(zhuǎn)角擠壓塑性變形工藝條件如下擠壓溫度常溫擠壓速率lmm/s 3mm/s擠壓壓力50MPa 150MPa潤滑劑汽油和石墨粉的混合物；傳統(tǒng)擠壓的塑性變形工藝條件如下擠壓溫度常溫擠壓速率lmm/s 5mm/s擠壓壓力IOOMPa 200MPa潤滑劑汽油和石墨粉的混合物；經(jīng)塑性變形后，合金中的稀土析出相Al2Y彌散分布于α相和β相中，得到高塑性雙相鎂鋰鋁合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明制備的一種高塑性雙相含釔的鎂鋰鋁合金，室溫下的抗拉強度Ob = 145 175MPa，屈服強度σ s = 125 150MPa，延伸率δ =40 60%，密度P = 1. 30
1.50g/cm3 ；具有低密度、高比強度、高比剛度、高塑性，較高強度的性能特點，在保持較高的強度的基礎(chǔ)上，室溫延伸率遠遠高于相似成分的鎂合金，開拓了鎂鋰合金在(α+β)相區(qū)雙相合金的應(yīng)用范圍。2、本發(fā)明通過改進合金成分設(shè)計，加入稀土元素Y能與基體或其他合金元素形成化合物，對合金起到彌散強化的作用；加入元素^ 為密排六方結(jié)構(gòu)，與鎂鋰合金基體的密排原子面間距錯配度很小，具有良好的晶體學(xué)匹配關(guān)系，可以起到異質(zhì)形核的作用，從而對合金具有細化作用。3、本發(fā)明根據(jù)該合金的特點優(yōu)化塑性變形工藝，利用在變形時雙相鎂鋰合金中具有較多滑移系的β相對α相的變形有良好的協(xié)調(diào)作用，以及析出相稀土化合物可起到彌散強化和提高塑性的作用，這對提高鎂鋰合金的綜合力學(xué)性能有顯著的效果。4、本發(fā)明的制備方法實現(xiàn)了常溫變形，工藝比傳統(tǒng)高溫變形操作更加簡便，制備方法成形所需的擠壓力較低，從而降低了對材料設(shè)備的要求，采用本發(fā)明工藝簡單，實用性好，且有效地降低了生產(chǎn)成本，因此具有良好的工業(yè)化生產(chǎn)前景。
具體實施例方式通過如下實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1步驟一澆鑄(1)按質(zhì)量百分比稱取原材料Li 10. 73%, Al 4. 49%, Y 0. 52%, Zr 0. 12%, Mg
84.14%,將所稱取的原材料加入真空感應(yīng)爐。(2)將所稱取的原材料加入真空感應(yīng)爐，在真空狀態(tài)下充入氬氣，并在氬氣保護條件下升溫至熔煉溫度，所述熔煉溫度為680°C ；待金屬完全熔化后，采用氬氣氣體保護，攪拌狀態(tài)下保溫15min，然后將熔體澆入金屬模具內(nèi)，獲得鑄錠；(3)熱處理將鑄錠在350士 10°C下進行12h的均勻化處理。步驟二 等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝在鑄錠上切取22mmX22mmX 120mm的試樣，在室溫下，在該試樣表面涂上汽油和石墨粉的混合物潤滑劑；放入內(nèi)角為Φ =90°外角為φ=45°的等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具中進行擠壓，擠壓速率為lmm/s，擠壓壓力為50MPa，采用Bc路徑(即在各道次之間將試樣按同一方向旋轉(zhuǎn))擠壓2道次。經(jīng)本實施例塑性變形后得到含釔的鎂鋰鋁合金，利用X射線衍射儀和掃描電鏡 (SEM)對該狀態(tài)的鎂鋰合金材料進行了相組成分析，結(jié)果顯示，該合金是由(α+β)相組成的雙相合金，α相呈密排六方結(jié)構(gòu)，β相呈體心立方結(jié)構(gòu)，α相和β相中均彌散分布Al2Y 析出相。在微機控制萬能試驗機上做室溫拉伸試驗，用阿基米德法測試合金的密度，其抗拉強度為166. 8MPa，屈服強度為132. 5MPa，延伸率達49%，密度為1. 40g/cm3。實施例2步驟一澆鑄(1)按質(zhì)量百分比稱取原材料Li 10. 50%, Al 2. 85%, Y 0. 57%, Zr 0. 18%, Mg
85.90 %，將所稱取的原材料加入真空感應(yīng)爐。(2)將所稱取的原材料加入真空感應(yīng)爐，在真空狀態(tài)下充入氬氣，并在氬氣保護條件下升溫至熔煉溫度，所述熔煉溫度為720V ；待金屬完全熔化后，采用氬氣氣體保護，攪拌狀態(tài)下保溫lOmin，然后將熔體澆入金屬模具內(nèi)，獲得鑄錠；(3)熱處理將鑄錠在350士 10°C下進行12h的均勻化處理。步驟二 傳統(tǒng)擠壓的塑性變形工藝對擠壓比為9. 7 1的模具進行加熱，加熱溫度為35°C (常溫)，保溫池；將試樣表面涂上汽油和石墨粉的混合物潤滑劑；放入模具中與模具一起在35°C下保溫20min后進行擠壓，擠壓速率為3mm/s，擠壓壓力為180MPa，試樣擠壓后立即淬火。經(jīng)本實施例塑性變形后得到含釔的鎂鋰鋁合金，利用X射線衍射儀和掃描電鏡 (SEM)對該狀態(tài)的鎂鋰合金材料進行了相組成分析，結(jié)果顯示，該合金是由(α+β)相組成的雙相合金，α相呈密排六方結(jié)構(gòu)，β相呈體心立方結(jié)構(gòu)，α相和β相中均彌散分布Al2Y 析出相。在微機控制萬能試驗機上做室溫拉伸試驗，用阿基米德法測試合金的密度，其抗拉強度為155. 8MPa，屈服強度為130. 4MPa，延伸率達43%，密度為1. 46g/cm3。
實施例3步驟一澆鑄(1)按質(zhì)量百分比稱取原材料Li 9. 80%, Al 4. 50%, Y 0. 65%, Zr 0. 26%, Mg 84. 79%,將所稱取的原材料加入真空感應(yīng)爐。(2)將所稱取的原材料加入真空感應(yīng)爐，在真空狀態(tài)下充入氬氣，并在氬氣保護條件下升溫至熔煉溫度，所述熔煉溫度為700°C ；待金屬完全熔化后，采用氬氣氣體保護，攪拌狀態(tài)下保溫5min，然后將熔體澆入金屬模具內(nèi)，獲得鑄錠；(3)熱處理將鑄錠在350士 10°C下進行16h的均勻化處理。步驟二 等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝在鑄錠上切取22mmX 22mmX 120mm的試樣，在室溫下，在該試樣表面涂上汽油和石墨粉的混合物潤滑劑，放入內(nèi)角為Φ =90°外角為φ=45°的等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具中進行擠壓，擠壓速率為5mm/s，擠壓壓力為120MPa，采用A路徑(即每次擠出的試樣按原方位再放入模具中進行下一道次擠壓)擠壓2道次。
權(quán)利要求
1.一種高塑性雙相含釔的鎂鋰鋁合金，它含有鎂、鋰、鋁，其特征在于該合金還含有稀土元素釔，具體組分及其按質(zhì)量百分比計含量如下Li 9. 50 10.80%，Al 3. 00 5. 00%, Y 0. 50 0. 70%, Zr 0. 10 0. 30%，其余為 Mg ；所述含釔的鎂鋰鋁合金組織特征是α相、β相和析出相同時存在，其中α相是以Mg 為基的固溶體，呈密排六方結(jié)構(gòu)，β相是以Li為基的固溶體，呈體心立方結(jié)構(gòu)，析出相為 Al2Y的稀土化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高塑性雙相含釔的鎂鋰鋁合金，其特征在于所述含釔的鎂鋰鋁合金組分及其按質(zhì)量百分比計含量如下Li 10. 46 10.73%，Al 2. 80 4. 49%, Y 0. 51 0. 60%, Zr 0. 12 0. 18%，其余為 Mg。
3.一種高塑性雙相含釔的鎂鋰鋁合金的制備方法，其特征在于該方法是澆鑄和等通道轉(zhuǎn)角擠壓或澆鑄和傳統(tǒng)擠壓的變形工藝相結(jié)合的常溫塑性變形方法，它包括如下步驟和工藝條件步驟一澆鑄(1)按質(zhì)量百分比稱取原材料Li9. 50 10. 80%，Al 3. 00 5.00%，Y 0. 50 0. 70%, Zr 0. 10 0. 30%，其余為 Mg ；(2)將所稱取的原材料加入真空感應(yīng)爐，在真空狀態(tài)下充入氬氣，并在氬氣保護條件下升溫至熔煉溫度，所述熔煉溫度為680 720V ；待金屬完全熔化后，采用氬氣氣體保護，攪拌狀態(tài)下保溫5 15min，然后將熔體澆入金屬模具內(nèi)，獲得鑄錠；(3)熱處理將鑄錠在350士10°C下，均勻化處理12 Mh ； 步驟二 塑性變形采用等通道轉(zhuǎn)角擠壓或傳統(tǒng)擠壓的塑性變形工藝等通道轉(zhuǎn)角擠壓塑性變形工藝條件如下擠壓溫度常溫擠壓速率:1mm/s 3mm/s擠壓壓力50MPa 150MPa潤滑劑汽油和石墨粉的混合物；傳統(tǒng)擠壓的塑性變形工藝條件如下擠壓溫度常溫擠壓速率lmm/s 5mm/s擠壓壓力IOOMPa 2OOMPa潤滑劑汽油和石墨粉的混合物；經(jīng)塑性變形后，合金中的稀土析出相Al2Y彌散分布于α相和β相中，得到高塑性雙相含釔的鎂鋰鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高塑性雙相含釔的鎂鋰鋁合金及其制備方法，該合金具體組分及其按質(zhì)量百分比計含量如下Li 9.50～10.80％，Al 3.00～5.00％，Y 0.50～0.70％，Zr 0.10～0.30％，其余為Mg；其組織特征是α相、β相和析出相同時存在，其中α相是以Mg為基的固溶體，呈密排六方結(jié)構(gòu)，β相是以Li為基的固溶體，呈體心立方結(jié)構(gòu)，析出相為Al2Y的稀土化合物；具有低密度、高塑性，較高強度的性能特點。本發(fā)明的制備方法是澆鑄和等通道轉(zhuǎn)角擠壓或傳統(tǒng)擠壓的變形工藝相結(jié)合的常溫塑性變形方法，比傳統(tǒng)高溫變形工藝操作更加簡便，實用性好，且有效地降低了生產(chǎn)成本，因此具有良好的工業(yè)化生產(chǎn)前景。
文檔編號C22C23/00GK102304653SQ201110266610
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者侯文婷, 孔晶, 康志新 申請人:華南理工大學(xué)