一種鎂-鋰-鋁-釹合金的製作方法
2023-10-10 14:27:14
一種鎂-鋰-鋁-釹合金的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鎂-鋰-鋁-釹合金，按質量計由以下組分組成：Li：8.97-9.36％；Al：3.2-3.45％；Nd：0.4-2.75％；不可避免雜質≤0.3％；其餘為鎂；該鎂合金由以下方法製得：首先按配比選取原材料並混合熔煉得合金熔體；然後水冷合金熔體得到鑄態鎂合金；接著將鑄態鎂合金升溫至250-300℃並保溫8-10小時；最後擠壓加工得成品。本發明向Mg-Li合金中加入一定量的稀土Nd，熔煉時Nd在固液界面前富集，產生成分過冷，抑制晶粒長大，從而細化晶粒；本發明進一步向合金中加入適量的Al，熔煉過程中Al與Nd形成高熔點、高熱穩定性的Al2Nd和Al11Nd3化合物相，該相在熱加工過程中釘扎晶界和位錯，阻礙動態再結晶晶粒的長大，進一步細化晶粒。
【專利說明】-種鎂-裡-鋁-釹合金
【技術領域】
[0001] 本發明屬於鎂合金領域，涉及一種新型鎂-鋰-鋁-釹合金。
【背景技術】
[0002] 鎂合金綜合性能優異，用途廣泛，但是鎂合金呈密排六方結構（HCP)，其室溫塑形、 強度等力學性能較差。
[0003] 為提高鎂合金的塑形，通常向鎂合金基體中加入鋰元素，金屬鋰的密度為0. 534g/ cm3,低於鎂，可以進一步降低合金的密度；而且當合金中鋰含量在5. 3-10. 7% (重量比） 時，鎂合金產生相變，以a-Mg和β-Li雙相形式存在。由於β-Li相為體心立方結構 (BCC)，其室溫可開動的滑移系多，塑性明顯優於密排六方結構（HCP)的a-Mg相，因此加入 適量的鋰後鎂合金的塑形可以得到明顯提高。
[0004] 然而，Mg-Li合金雖然密度低，塑形較好，但強度等綜合力學性能不足，在工業生 產及高新【技術領域】的應用仍然受到限制；因此，需要開發一種新型超輕、高強、高塑，鎂鋰合 金。
【發明內容】
[0005] 有鑑於此，本發明的目的在於提供一種鎂-鋰-鋁-釹合金。
[0006] 為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0007] -種鎂-鋰-鋁-釹合金，按質量計由以下組分組成：
[0008] Li ：8. 97-9. 36% ；
[0009] A1 ：3. 2-3. 45% ；
[0010] Nd ：0. 4-2. 75% ；
[0011] 不可避免雜質彡0.3%;
[0012] 其餘為鎂。
[0013] 作為本發明鎂-鋰-鋁-釹合金的優選，該鎂合金按質量計由以下組分組成：
[0014] Li ：9. 10-9. 15% ；
[0015] A1 ：3. 32-3. 41% ；
[0016] Nd ：0. 88-1. 36% ；
[0017] 不可避免雜質彡0.3%;
[0018] 其餘為鎂。
[0019] 作為本發明鎂-鋰-鋁-釹合金的優選，所述鎂合金由以下方法製得：
[0020] a、按所述配比選取原材料並混合熔煉、除雜得到合金熔體；
[0021] b、水冷步驟a所得合金熔體得到鑄態鎂合金；
[0022] c、將步驟b的鑄態鎂合金升溫至250_300°C並保溫8-10小時；
[0023] d、250-300°C擠壓加工步驟c熱處理後的鎂合金得成品。
[0024] 作為本發明鎂-鋰-鋁-釹合金的優選擠壓加工過程中擠壓桶溫度為250-300°C， 擠壓模具溫度為270-320°C，擠壓比為20-30,擠壓速度為l-2m/min。
[0025] 本發明的有益效果在於：
[0026] 本發明向Mg-Li合金中加入一定量的稀土 Nd，熔煉時Nd在固液界面前富集，產生 成分過冷，抑制晶粒長大，從而細化晶粒；本發明進一步向合金中加入適量的A1，熔煉過程 中A1與Nd形成高熔點、高熱穩定性的Al 2Nd和AlnNd3化合物相，該相在熱加工過程中釘扎 晶界和位錯，阻礙動態再結晶晶粒的長大，使晶粒得到進一步細化；本發明進一步將Li元 素的含量優化為9. 10-9. 15%，此時Li元素在Mg合金中以a-Mg和β-Li雙相形式存在， 其中的β-Li相延伸率好，可塑性強，但強度低，而a-Mg相強度比β-Li相高，本發明通過 調節Li元素含量，使合金中a-Mg相成為β-Li相的強化相，同時還可以充分利用β-Li 相的高塑性；本發明的鎂合金熔煉後採用水冷的方式快速冷卻，有助於快速形核、可抑制晶 粒長大，且避免成份偏析，使得Al2Nd和Al nNd3化合物相均勻分布在晶界和晶內，增強其位 錯釘扎效果；本發明進一步優化了擠壓加工時的加工溫度、擠壓速度、擠壓比等加工參數， 對於獲得本發明具有優異性能的鎂合金同樣至關重要。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行 說明：
[0028] 圖1是實施例1、2、3、4、5及對比例1的X-射線衍射圖譜；
[0029] 圖2是對比例1鎂合金鑄態組織金相照片；
[0030] 圖3是實施例1鎂合金鑄態組織金相照片；
[0031] 圖4是實施例2鎂合金鑄態組織金相照片；
[0032] 圖5是實施例3鎂合金鑄態組織金相照片；
[0033] 圖6是實施例4鎂合金鑄態組織金相照片；
[0034] 圖7是實施例5鎂合金鑄態組織金相照片；
[0035] 圖8是實施例3鎂合金鑄態微觀組織掃描電子顯微鏡照片；
[0036] 圖9是圖8中A點的化學元素 EDS能譜圖；
[0037] 圖10是對比例1鎂合金擠壓態組織金相照片；
[0038] 圖11是實施例3鎂合金擠壓態組織金相照片；
[0039] 圖12是實施例3鎂合金擠壓態拉伸斷口掃描形貌照片。
【具體實施方式】
[0040] 下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0041] 下述實施例將公開一種鎂-鋰-鋁-釹合金，按質量計由以下組分組成：
[0042] Li ：8. 97-9. 36% ；
[0043] A1 ：3. 2-3. 45% ；
[0044] Nd ：0. 4-2. 75% ；
[0045] 不可避免雜質彡0.3%;
[0046] 其餘為鎂。
[0047] 特別的，該鎂合金按質量計由以下組分組成：
[0048] Li ：9. 10-9. 15% ；
[0049] A1 ：3. 32-3. 41% ；
[0050] Nd ：0. 88-1. 36% ；
[0051] 不可避免雜質彡0.3%;
[0052] 其餘為鎂。
[0053] 實施例1 :
[0054] 本實施例製備鎂-鋰-鋁-釹合金的方法，包括以下步驟：
[0055] 第一，選取工業純鎂、工業純鋰、工業純鋁、Mg-25% Nd稀土中間合金，調整各種原 材料配比，使其與表1實施例1相符；
[0056] 第二，將真空感應爐抽真空並充入氬氣保護，用坩堝盛放除工業純鋰外的所有原 材料然後置於真空感應爐加熱融化並攪拌均勻，最後加入工業純鋰保溫使合金完全融化後 攪拌除渣；
[0057] 第三，取出盛有鎂合金熔體的坩堝水冷冷卻；
[0058] 第四，車皮加工所得合金至適合擠壓機擠壓筒尺寸並同時去除熔煉所得合金表面 氧化層；
[0059] 第五，將加工後的鎂合金隨爐升溫至250-300°C，控制升溫時間為250-300分鐘， 然後在此溫度保溫8-10小時；
[0060] 第六，將熱處理後的鎂合金在擠壓機上擠壓成棒材，擠壓加工溫度（坯料溫度）為 200-250°C，其中擠壓加工參數如表2所示；
[0061] 第七步，風冷冷卻上述擠壓加工後的鎂合金。
[0062] 實施例2 :
[0063] 本實施例與實施例1的區別在於，本實施例中各組分含量與表1中實施例2相同。
[0064] 實施例3 :
[0065] 本實施例與實施例1的區別在於，本實施例中各組分含量與表1中實施例3相同。
[0066] 實施例4 :
[0067] 本實施例與實施例1的區別在於，本實施例中各組分含量與表1中實施例4相同。
[0068] 實施例5 :
[0069] 本實施例與實施例1的區別在於，本實施例中各組分含量與表1中實施例5相同。
[0070] 對比實施例1 :
[0071] 本實施例與實施例1的區別在於，本實施例中各組分含量與表1中對比實施例1 相同。
[0072] 對比實施例2 :
[0073] 表1各實施例原材料配比
[0074]
【權利要求】
1. 一種鎂-鋰-鋁-釹合金，其特徵在於，所述鎂合金按質量計由以下組分組成： Li ：8. 97-9. 36% ； A1 ：3. 2-3. 45% ； Nd ：0. 4-2. 75% ； 不可避免雜質< 0. 3% ; 其餘為鎂。
2. 根據權利要求1所述鎂-鋰-鋁-釹合金，其特徵在於，該鎂合金按質量計由以下組 分組成： Li ：9. 10-9. 15% ； A1 ：3. 32-3. 41% ； Nd ：0. 88-1. 36% ； 不可避免雜質< 0. 3% ; 其餘為鎂。
3. 根據權利要求1或2所述鎂-鋰-鋁-釹合金，其特徵在於，所述鎂合金由以下方法 製得： a、 按所述配比選取原材料並混合熔煉、除雜得到合金熔體； b、 水冷步驟a所得合金熔體得到鑄態鎂合金； c、 將步驟b的鑄態鎂合金升溫至250-300°C並保溫8-10小時； d、 250-300°C擠壓加工步驟c熱處理後的鎂合金得成品。
4. 根據權利要求3所述鎂-鋰-鋁-釹合金，其特徵在於：擠壓加工過程中擠壓桶溫 度為250-300°C，擠壓模具溫度為270-320°C，擠壓比為22-28,擠壓速度為l-2m/min。
【文檔編號】C22C23/00GK104152765SQ201410438446
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】彭曉東, 許天才, 謝衛東, 姜軍偉, 魏國兵 申請人:重慶大學