一种含Y高性能镁锂合金薄板及其制备方法

本发明提供了金属材料，具体提供了一种含y高性能镁锂合金薄板及其制备方法。

背景技术：

1、通过向镁合金中添加锂元素可以制备出密度约1.3g/cm3-1.6g/cm3的镁锂合，迄今为止，镁锂合金是已用的合金体系中密度最小的，由于添加的金属锂的密度只有0.543g/cm3，所以镁锂合金的密度随着锂元素加入量的增加而减小，镁锂合金的密度仅相当于一般镁合金密度的2/3-3/4，比大多数铝合金轻1/3-1/2，因此镁锂合金也被称为超轻合金。由于锂的加入，可以获得具有良好塑性的体心立方结构的β-li相，因此，镁锂合金不仅具有超轻的特性，还具有优异的塑性和韧性、比强度高、比刚性强、成形性良好等优点，因此在军事、航天航空领域、兵器工业以及3c(计算机、智能穿戴和通讯)等产业具有广阔的应用前景。尽管镁锂合金具有诸多其他材料无可比拟的优势，但因其受高温力学性能不稳定、绝对强度低等缺陷的制约，尚未实现大规模的工业化应用。

2、合金化是提升镁锂合金材料力学性能的有效方法之一。al和ca是镁锂合金中主要的合金化元素，目前已形成mg-li-al、mg-li-ca或mg-li-al-ca等合金体系，这些元素在镁锂合金中的固溶度有限，对合金强度的提高有限，容易导致合金力学性能稳定性较差。而稀土元素中重稀土元素y的添加不仅可以促进mg-re析出相产生，还可以促进合金晶粒细化，有利于开发高性能镁锂合金板材。

3、在目前研究中，为了提高镁锂合金的综合性能，充分利用镁锂合金的优异塑性，通常采用挤压、轧制和锻造等变形工艺制备镁锂合金。其目的在于细化镁锂合金组织，减少铸造缺陷，破碎大尺寸析出相等，从而提高综合力学性能。在现阶段mg-li三元合金体系中mg-li-al系合金是最具代表性的具有高强度的镁锂合金，通过稀土元素强化，经挤压和轧制变形加工后，再对其进行退火处理，对镁锂合金制品的后续加工与成形是非常有利的，通过合金化与细化晶粒等手段提高镁锂合金的强度并保证较高的塑性，以满足后续加工工艺和使用的需要。而且低温大变形量塑性加工还可缩短现有镁锂合金板材加工的若干中间工序，降低加工成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种含y高性能镁锂合金薄板及其制备方法，通过采用协调变形能力较好的mg-li合金，通过添加稀土y元素及挤压预变形后，再经过在线加热轧制或冷轧变形，最后通过退火处理来提高合金的综合力学性能，改善稳定性差的缺陷，制得超轻高性能镁锂合金薄板。解决了传统mg-li-al系合金综合力学性能不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种含y高性能镁锂合金薄板，所述含y高性能镁锂合金薄板由以下质量百分比的成分组成：li:5-13wt％、al:0-4wt％、ca:0-3wt％、y:0-2wt％，其余为镁和不可避免杂质，其中，杂质总含量≤0.3％。

3、优选的，所述含y高性能镁锂合金薄板由以下质量百分比的成分组成：li:6-12wt％、al:1-3wt％％、ca:0-2wt％、y:0-1wt％，其余为镁和不可避免杂质，其中，杂质总含量≤0.3％。

4、本发明还提供了上述一种含y高性能镁锂合金薄板的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)按照所述含y高性能镁锂合金薄板中选定合金成分的质量百分比选取纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁钙中间合金、镁钇中间合金作为原料；

6、(2)在氩气气氛中，对步骤(1)获取的原料加热熔融，制备合金熔体；

7、(3)将步骤(2)得到的合金熔体浇铸成型，获得合金铸锭；

8、(4)对步骤(3)得到的合金铸锭进行预热后，挤压成型，得到镁锂合金的挤压板坯；

9、(5)对步骤(4)得到的挤压板坯进行在线加热轧制或冷轧变形处理，获得镁锂合金轧制板材；

10、(6)对步骤(5)中得到的轧制板材进行退火处理，得到高性能镁锂合金薄板。

11、优选的，所述步骤(3)的具体操作为：将步骤(2)得到的合金熔体在温度700-720℃下去除废渣后，浇注到不锈钢模具中，在真空室中冷却成型，线切割加工得到合金铸锭。

12、优选的，所述步骤(4)的具体操作为：将步骤(3)得到的合金铸锭去除表面的氧化皮或污染层后，放置于加热炉中进行预热处理，取出处理后的铸锭置于挤压机中挤压成型，冷却至室温，得到镁锂合金的挤压板坯。

13、优选的，所述预热温度为200-270℃，预热时间为0-3小时；挤压成型的条件为：挤压比(20-30):1；挤压速度为0-2mm/s；挤压温度为200-270℃。

14、优选的，所述预热温度为220-250℃，预热时间为1-2小时；挤压成型的条件为：挤压比(24-28):1；挤压速度为0-1mm/s；挤压温度为220-250℃。

15、优选的，所述冷却条件为通过风机进行风冷。

16、优选的，所述步骤(5)的具体操作为：将步骤(4)得到的挤压板坯在50-150℃的条件下在线加热轧制或常温冷轧变形处理，且以60％-75％的轧制总压下量进行轧制，获得镁锂合金轧制板材。

17、优选的，所述步骤(6)中退火温度为60-120℃，退火时间为0.5-5h。

18、因此，本发明提供了一种含y高性能镁锂合金薄板及其制备方法，具体有益效果如下：

19、(1)本发明通过在mg-li-al的合金体系中加入以具有具有典型时效析出行为的稀土钇(y)元素以及轻质钙(ca)元素为主要合金化元素，同时在挤压-在线加热轧制过程中可以形成弥散分布的第二相钉扎晶界，阻碍位错的运动，能够为镁锂合金带来显著的增强效果；

20、(2)本发明通过挤压处理初步优化镁锂合金微观组织，在热挤压的过程中细化第二相颗粒，并且产生大量细小的再结晶晶粒，起到细化晶粒，提高镁锂合金力学性能的作用；

21、(3)本发明通过采用在线加热轧制的方法将挤压态合金进一步变形处理，将原本挤压态合金中存在的细小的第二相颗粒更为深入的破碎处理，使其弥散分布在晶界处，为镁锂合金提供了充足的第二相强化效果，极大的提升了镁锂合金的综合力学性能，进一步进行退火处理，去除内部应力，使内部组织均匀，获得高性能镁锂合金薄板；

22、(4)本发明的制备方法简单、可操纵性强，制得的镁锂合金薄板密度低、力学性能优异、稳定性高，其屈服强度达到220-270mpa，抗拉强度为250-290mpa；延伸率为10-30％；密度为1.524-1.538g/cm3。

23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种含y高性能镁锂合金薄板，其特征在于，所述含y高性能镁锂合金薄板由以下质量百分比的成分组成：li:5-13wt％、al:0-4wt％、ca:0-3wt％、y:0-2wt％，其余为镁和不可避免杂质，其中，杂质总含量≤0.3％。

2.根据权利要求1所述的一种含y高性能镁锂合金薄板，其特征在于，所述含y高性能镁锂合金薄板由以下质量百分比的成分组成：li:6-12wt％、al:1-3wt％％、ca:0-2wt％、y:0-1wt％，其余为镁和不可避免杂质，其中，杂质总含量≤0.3％。

3.如权利要求1-2任一项所述的一种含y高性能镁锂合金薄板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种含y高性能镁锂合金薄板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体操作为：将步骤(2)得到的合金熔体在温度700-720℃下去除废渣后，浇注到不锈钢模具中，在真空室中冷却成型，线切割加工得到合金铸锭。

5.根据权利要求3所述的一种含y高性能镁锂合金薄板的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体操作为：将步骤(3)得到的合金铸锭去除表面的氧化皮或污染层后，放置于加热炉中进行预热处理，取出处理后的铸锭置于挤压机中挤压成型，冷却至室温，得到镁锂合金的挤压板坯。

6.根据权利要求5所述的一种含y高性能镁锂合金薄板的制备方法，其特征在于：所述预热温度为200-270℃，预热时间为0-3小时；挤压成型的条件为：挤压比(20-30):1；挤压速度为0-2mm/s；挤压温度为200-270℃。

7.根据权利要求6所述的一种含y高性能镁锂合金薄板的制备方法，其特征在于，所述预热温度为220-250℃，预热时间为1-2小时；挤压成型的条件为：挤压比(24-28):1；挤压速度为0-1mm/s；挤压温度为220-250℃。

8.根据权利要求5所述的一种含y高性能镁锂合金薄板的制备方法，其特征在于：所述冷却条件为通过风机进行风冷。

9.根据权利要求3所述的一种含y高性能镁锂合金薄板的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)的具体操作为：将步骤(4)得到的挤压板坯在50-150℃的条件下在线加热轧制或常温冷轧变形处理，且以60％-75％的轧制总压下量进行轧制，获得镁锂合金轧制板材。

10.根据权利要求3所述的一种含y高性能镁锂合金薄板的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中退火温度为60-120℃，退火时间为0.5-5h。

技术总结本发明公开了一种含Y高性能镁锂合金薄板及其制备方法，属于金属材料技术领域。包括以下步骤：选取纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁钙中间合金、镁钇中间合金作为原料；在氩气气氛中，对上述原料加热熔融，制备合金熔体；对合金熔体进行浇铸成型，得合金铸锭；对合金铸锭进行预热后挤压成型，得镁锂合金的挤压板坯；对挤压板坯进行在线加热轧制或冷轧的变形处理，得镁锂合金轧制板材；对轧制板材进行退火处理，得高性能镁锂合金薄板。本发明通过添加稀土Y元素及挤压预变形后，再经过在线加热轧制或冷轧变形，最后通过退火来提高合金的综合力学性能，改善稳定性差的缺陷，制得了密度低、力学性能优异、稳定性高的超轻高性能镁锂合金薄板。技术研发人员：杨艳,刘伟豪,高文,李博清,周港,王彬,马吉燕,王鹏飞,魏国兵,王世超,任红恩,张超,李谦,蒋斌,彭晓东,潘复生受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20