高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料及其制備方法。a)按照質(zhì)量百分比組成：Li6％-11％、Al0.1％-3％，其余量為Mg和微量雜質(zhì)元素的比例配置熔煉合金所需原料；b)采用真空電磁感應(yīng)爐在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行熔煉；c)將得到的鑄錠在熱處理爐中在200℃-350℃溫度下進(jìn)行均勻化退火，時間為6-24小時，冷卻至室溫；d)將步驟c)中得到的鑄錠表面車去表層氧化層，然后在200℃-300℃下進(jìn)行一道次擠壓比為75％以上的大擠壓比擠壓。本發(fā)明的產(chǎn)品具有較低鋰含量和適量鋁含量的高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料，本發(fā)明通過較簡易的熔煉以及變形加工方法來制備高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料。
【專利說明】高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種鎂鋰合金材料，具體涉及一種具有高應(yīng)變速率超塑性的鎂鋰 合金材料。本發(fā)明也涉及一種鎂鋰合金材料的制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎂鋰合金是目前最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料，不僅具有傳統(tǒng)鎂合金低密度，高比強(qiáng)度、t匕 剛度，優(yōu)良的減震性能和抗沖擊韌性，良好的切削加工和電磁屏蔽性能等優(yōu)點，并且密度更 小，甚至能達(dá)到和塑料一樣小的密度。在航空航天、汽車和3C領(lǐng)域都極具潛力。特別是隨 著各行業(yè)節(jié)能環(huán)保要求的提升，將更加顯著促進(jìn)鎂鋰合金的應(yīng)用。
[0003] 在鎂鋰合金的實際應(yīng)用中，經(jīng)常需要被加工成形狀復(fù)雜的工件，這就需要較好變 形能力。但是鎂合金大都具有室溫變形能力不足的缺點，而應(yīng)用超塑性加工能夠克服這一 困難，達(dá)到加工要求。但是通常超塑性需要在高溫和低應(yīng)變速率的條件下實現(xiàn)，很難滿足實 際生產(chǎn)的需要，尤其是很低的應(yīng)變速率在工業(yè)生產(chǎn)中幾乎不能實現(xiàn)。因此高應(yīng)變速率超塑 性是超塑性向?qū)嶋H應(yīng)用發(fā)展的重要方向，具有重要意義。
[0004] 對現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，多數(shù)超塑性工藝都需要滿足較低應(yīng)變速率的要求，有的則 制備工藝較為復(fù)雜，較難滿足生產(chǎn)需求。普通工業(yè)用鎂合金，如劉滿平等報道的AZ31鎂 合金的超塑性（中國有色金屬學(xué)報，2002,4, P797-801)所要求應(yīng)變速率太低，在673K， SXKT5iT1時能表現(xiàn)出314%的延伸率，難以進(jìn)行實際應(yīng)用。經(jīng)過一定的加工處理，能夠在 更高的應(yīng)變速率下獲得較好的超塑性，如Yoshida等（Materials Transactions, 2002,43， P2419-2423)報道了一種經(jīng)過6道次等徑角擠壓的鎂鋰合金在423K，I X KT3s-1條件下獲得 391 %的延伸率，但是這些加工工藝往往過于復(fù)雜，在實際生產(chǎn)中也難以實現(xiàn)。
[0005] 高應(yīng)變速率超塑性具有良好的商業(yè)應(yīng)用前景，它具有常規(guī)超塑性所具有的優(yōu)點， 如成形壓力小、成形性好、設(shè)計自由度大、無殘余應(yīng)力等。但是它遠(yuǎn)高于常規(guī)超塑性的應(yīng)變 速率使得它能夠節(jié)省大量時間和能源消耗，大大提升生產(chǎn)效率，具有常規(guī)超塑性所無法比 擬的工業(yè)實用價值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種綜合力學(xué)性能較好的高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料。 本發(fā)明的目的還在于提供一種以較簡易的方式在無需獲得超細(xì)晶組織的前提下獲得超塑 性的高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料的質(zhì)量百分比組成為Li 6%-11%、Al 0. 1% -3%、余量的Mg和微量雜質(zhì)元素。
[0008] 本發(fā)明的高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料的制備方法為：
[0009] a)按照質(zhì)量百分比組成：Li 6% -11%、Al 0. 1% -3%，其余量為Mg和微量雜質(zhì) 元素的比例配置熔煉合金所需原料；
[0010] b)采用真空電磁感應(yīng)爐在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行熔煉；
[0011] c)將得到的鑄錠在熱處理爐中在200°C -350°C溫度下進(jìn)行均勻化退火，時間為 6- 24小時，然后隨爐冷卻至室溫；
[0012] d)將步驟C)中得到的鑄錠表面車去表層氧化層，然后在200°C-30(TC下進(jìn)行一道 次擠壓比為75%以上的大擠壓比擠壓，得到最終棒材。
[0013] 所述的熔煉具體包括：先進(jìn)行5kW以下5-10分鐘的預(yù)熱，然后將功率調(diào)整到 7- 12kW加熱5-10分鐘至所有鑄錠都完全融化，然后將功率降至3kW以下保溫5-10分鐘停 止加熱后立刻進(jìn)行澆注。
[0014] 本發(fā)明所涉及的高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料的特點是：按照成分配比熔煉得 到的合金為雙相共晶合金，共晶成分具有較好的熔鑄性能，配比中添加適量的Al元素能夠 進(jìn)一步減少熔鑄缺陷，同時不會引起密度的較大提升。但是不宜添加過多產(chǎn)生影響塑性變 形的硬質(zhì)第二相粒子。合金組織并不需要達(dá)到超細(xì)晶便獲得顯著的超塑性變形能力，并且 在較高應(yīng)變速率時依舊能保持較高的延伸率，這與合金的組織特點以及本發(fā)明所采用的加 工工藝有較大關(guān)系。
[0015] 本發(fā)明所涉及的制備工藝的特點是：加工采用了一道次大擠壓比一次擠壓成型的 工藝，相比與一般鎂合金加工中采用的多道次加工，不僅大大縮減加工的所需時間，同時能 夠減少多道次加工時長時間加熱所造成的晶粒長大，保持組織致密。一般來說，二道次加工 的時耗和能耗大約是一次加工成型的兩倍，多道次加工所需也更多。
[0016] 本發(fā)明加工工藝中之所以能夠?qū)崿F(xiàn)一道次的超大擠壓比擠壓，正是應(yīng)用了合金在 較高應(yīng)變速率下具有超塑性這一特點，擠壓過程使合金的超塑性能力不斷提高，從而使整 個很大擠壓比的變形過程能夠進(jìn)行下去，最終合金并未出現(xiàn)任何碎裂。通過應(yīng)用合金所具 備的高應(yīng)變速率超塑性能力來對合金進(jìn)行變形加工，最后使合金獲得更好的超塑性，這是 本加工工藝的特點。
[0017] 本發(fā)明獲得的高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料，普通冷軋首道次能夠?qū)崿F(xiàn) 50% -60%的下壓量，將合金加熱至300°C后軋制首道次能達(dá)到75%以上的下壓量。
[0018] 本發(fā)明提供了一種具有較低鋰含量和適量鋁含量的高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金 材料，同時提供了一種通過較簡易的熔煉以及變形加工方法來制備高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰 合金材料的制備工藝。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是ssotM.oxKrY1拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。
[0020] 圖2是300°C，1.0X1(T2sH拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。
[0021] 圖3是βδΟ?,Ι.ΟΧΚΓΥ1拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。

【具體實施方式】
[0022] 下面對本發(fā)明做更詳細(xì)的描述：
[0023] 按照合金成分質(zhì)量百分比組成：Li9 %，Al 1 %，其余量為Mg和微量雜質(zhì)元素，來配 置熔煉合金所需原料總計lkg。用真空電磁感應(yīng)爐在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行熔煉，原料裝填至坩 堝中后將爐內(nèi)真空抽至-0.1以下，然后充入氬氣使真空度為-0.05。熔煉開始階段先進(jìn)行 5kW以下5分鐘的預(yù)熱，然后將功率調(diào)整到7kW加熱10分鐘觀察爐內(nèi)狀況至所有鑄錠都完 全融化，然后將功率降至3kW保溫10分鐘停止加熱后立刻進(jìn)行澆注。鑄錠在真空爐內(nèi)冷卻 至少1. 5小時后開爐取出，將得到的鑄錠在熱處理爐中在300°C溫度下進(jìn)行均勻化退火，時 間為12小時，然后隨爐冷卻至室溫。將得到的鑄錠表面車去5mm厚表層，然后使用500t臥 式擠壓機(jī)在300°C下進(jìn)行一道次擠壓比為81的大擠壓比擠壓，得到的棒材。對比實驗是二 道次加工成型合金同樣條件下的延伸率數(shù)據(jù)。
[0024] 將得到的棒材用線切割切片并加工成拉伸試樣，并將試樣表明打磨光滑。在 WDW3050電子式萬能試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸測試。材料在IXKT2S4的應(yīng)變速率下，250-350°C 范圍內(nèi)進(jìn)行拉伸變形，在所有條件，延伸率都大于100%，在350°C達(dá)到375%以上，表現(xiàn)出 良好的高應(yīng)變速率超塑性。下表給出了材料在IX KT2S4的應(yīng)變速率下，250-350°C條件下 的延伸率。對比實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一道次成型相比二道次結(jié)果有明顯優(yōu)勢。圖1到圖3分別 為一道次各組的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 一種高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料及其制備方法，其特征是： a) 按照質(zhì)量百分比組成：Li 6%-11 %、A1 0.1 %-3%，其余量為Mg和微量雜質(zhì)元素 的比例配置熔煉合金所需原料； b) 采用真空電磁感應(yīng)爐在氬氣的保護(hù)下進(jìn)行熔煉； c) 將得到的鑄錠在熱處理爐中在200°C _350°C溫度下進(jìn)行均勻化退火，時間為6-24小 時，然后隨爐冷卻至室溫； d) 將步驟c)中得到的鑄錠表面車去表層氧化層，然后在200°C-30(TC下進(jìn)行一道次擠 壓比為75%以上的大擠壓比擠壓，得到最終棒材。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高應(yīng)變速率超塑性鎂鋰合金材料及其制備方法，其特征是所 述的熔煉具體包括：先進(jìn)行5kW以下5-10分鐘的預(yù)熱，然后將功率調(diào)整到7-12kW加熱5-10 分鐘至所有鑄錠都完全融化，然后將功率降至3kW以下保溫5-10分鐘停止加熱后立刻進(jìn)行 澆注。
【文檔編號】C22C23/00GK104372220SQ201410531807
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】巫瑞智, 張?zhí)忑? 張密林 申請人:哈爾濱工程大學(xué)