本發(fā)明屬于有色金屬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金及其板材的制備方法。

背景技術(shù)：

鎂鋰合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其密度比普通鎂合金還小20-30%，具有良好的導(dǎo)熱性能、減震性能以及電磁屏蔽性能，同時(shí)其還具有可回收的特點(diǎn)。在對(duì)重量敏感的航空航天、武器裝備、交通運(yùn)輸以及3c產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域，具有巨大的應(yīng)用潛力。其中發(fā)展最快的是電子信息和儀器儀表行業(yè)，在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上電磁屏蔽、散熱和環(huán)保方面的考慮，鎂鋰合金是廠家最佳選擇，另外，鎂鋰合金外殼可使產(chǎn)品更豪華、美觀、輕便。

文獻(xiàn)研究結(jié)果表明，一方面，現(xiàn)有牌號(hào)鎂鋰合金，如la141、la91等，由于鋰含量較高，合金材料的強(qiáng)度嚴(yán)重不足，同時(shí)其耐腐蝕性能較差；另一方面，一些發(fā)明專(zhuān)利中提出了鋰含量較低的鎂鋰合金材料，如cn201310177285.1（一種高強(qiáng)度鎂鋰合金及其制備方法）、cn200710144339.9（一種高強(qiáng)度的鎂鋰合金），這些合金材料強(qiáng)度較高，但含有較多含量的稀土元素，不僅增加了材料的成本，而且不利于材料的成型加工。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，涉及鎂鋰合金材料并提供板材制備方法的文獻(xiàn)很少，有較多的涉及鎂合金薄板制備方法的專(zhuān)利，如專(zhuān)利cn101579877a、專(zhuān)利cn102304654a、專(zhuān)利cn101653878a，這三個(gè)專(zhuān)利都講述了一種鎂合金薄板的制造方法，基本上包括鑄造、軋制等過(guò)程。而對(duì)于鎂鋰合金，由于li的加入，使得鎂鋰合金具有與普通鎂合金截然不同的物理化學(xué)性質(zhì)，如鎂鋰合金的燃點(diǎn)更低，其表面抗氧化性更弱，這就決定了在制備鎂鋰合金板材時(shí)，需要采用不同于普通鎂合金的方法。發(fā)明專(zhuān)利cn201310238075.9（一種稀土鎂鋰合金板材及其制備方法），提供了一種稀土鎂鋰合金，其鋰含量較高，而且含有稀土，特別是sc和y，大大增加了材料成本；而其提供的板材制備方法是以熱軋變形，不利于控制板材表面質(zhì)量和板型，而且由于鋰含量較高，板材的耐腐蝕性能較差。

目前為止，鎂鋰合金材料存在高強(qiáng)度與高塑性不能兼顧，并且成本較高的問(wèn)題，還沒(méi)有一種具有低成本、高塑高強(qiáng)的鎂鋰合金，特別是可以進(jìn)行冷軋變形的鎂鋰合金。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金，通過(guò)鋰的加入，改變鎂的密排六方晶體結(jié)構(gòu)，具有較高的塑性，能夠進(jìn)行冷軋變形；本發(fā)明還提供了一種切實(shí)可行的鎂鋰合金板材的制備工藝。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：鋰（li）：4-7%，鋁（al）：2-6%，鋅（zn）：0.5-3%，錳（mn）：0.2-1%，稀土（rareearth，re）：0.1-1%，鈦和硼（ti+b）：0-0.05%，余量為鎂（mg）和不可避免的雜質(zhì)元素，且雜質(zhì)元素總含量小于0.3%，所述稀土是單一稀土元素或多種稀土元素混合。

上述低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材的制備方法，包括以下步驟：

（1）按照合金中各組分的質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，將所配原料于760-820℃氬氣氣氛下熔煉，得到金屬液；

（2）將步驟（1）所得金屬液于710-730℃靜置10-20min后，澆鑄成型，得到鑄錠；

（3）將步驟（2）所得鑄錠于200-300℃氬氣氣氛下保溫12-24h，得到經(jīng)均勻化處理的鑄錠；

（4）將步驟（3）所得經(jīng)均勻化處理的鑄錠車(chē)削加工，去掉表面氧化皮，然后經(jīng)擠壓開(kāi)坯及冷軋、或直接溫軋，得到板坯，軋制時(shí)控制每道次的壓下量為8-35%；

（5）將步驟（4）所得板坯根據(jù)板材使用要求，進(jìn)行退火熱處理，即得。

優(yōu)選地，步驟（4）中所述擠壓開(kāi)坯使用擠壓機(jī)，鑄錠預(yù)熱溫度為200-300℃，擠壓機(jī)的擠壓筒溫度為200-260℃。

優(yōu)選地，步驟（5）中退火熱處理的退火溫度為150-300℃、保溫時(shí)間為30-120min。

優(yōu)選地，步驟（4）采用經(jīng)擠壓開(kāi)坯后冷軋時(shí)，軋制每道次的壓下量為8-20%。

優(yōu)選地，步驟（4）采用直接溫軋時(shí)，軋制溫度為150-250℃，軋制每道次的壓下量為8-20%。

本發(fā)明的有益效果是：

1．本發(fā)明涉及的鎂鋰合金材料，鋰含量較低，具有低成本的特點(diǎn)，同時(shí)合金具有較高的抗拉強(qiáng)度；錳元素的加入提高了鎂鋰合金材料的耐腐蝕性能，鋰元素的添加改變鎂的密排六方晶體結(jié)構(gòu)，稀土以及鈦硼能進(jìn)一步細(xì)化晶粒，提高材料塑性變形能力；

2．本發(fā)明采用真空無(wú)溶劑保護(hù)熔煉，同時(shí)在氣體保護(hù)狀態(tài)下進(jìn)行精煉，保證得到高純凈鎂鋰合金；

3.本發(fā)明采用擠壓開(kāi)坯的生產(chǎn)方法，擠壓變形不僅消除了部分鑄造缺陷，而且擠壓后的合金具有完全再結(jié)晶組織，大角晶界占90%以上，有利于后續(xù)軋制的進(jìn)行；

4.本發(fā)明涉及的薄板采用冷軋的生產(chǎn)方法，冷軋大大節(jié)約了資源，降低能耗，而且冷軋生產(chǎn)的薄板板型憑證，薄厚均勻，表面光潔度好，而且成品率高；

5.本發(fā)明制備的高強(qiáng)超輕鎂鋰合金板材，在光學(xué)顯微鏡下可以清晰的看到晶粒組織細(xì)小均勻，得到的鎂鋰合金板材制品，抗拉強(qiáng)度230mpa-300mpa，延伸率10%-23%；

6、本發(fā)明提供的制備工藝操作簡(jiǎn)單，切實(shí)可行。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1制得的低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材的金相圖；

圖2是實(shí)施例2制得的低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材的拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的技術(shù)目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出進(jìn)一步的說(shuō)明，但所述實(shí)施例旨在解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)進(jìn)行，下述實(shí)施例中所用原料均為普通市售產(chǎn)品。

實(shí)施例1

一種低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金，由以下組分按質(zhì)量百分比組成：li6%，al3%，zn1%，mn0.5%，re0.3%，ti+b0.02%，余量為mg和其他雜質(zhì)元素，且雜質(zhì)元素總含量小于0.3%。

上述低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材的制備方法，包括以下步驟：

（1）按照合金中各組分的質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，其中，mg、li、al、zn以純金屬錠的形式加入；mn以almn10中間合金的形式加入；re為富鑭混合稀土；以mgre20的形式加入；ti+b以alti5b1的形式加入；將所配原料加入真空感應(yīng)熔煉爐中，抽真空，在氬氣保護(hù)下，采用逐漸加大功率升溫的方法，于760-770℃熔煉，得到金屬液；

（2）將步驟（1）所得金屬液于710-720℃靜置10min后，將金屬液澆鑄到低碳鋼模具中，冷卻至室溫，得到鑄錠；

（3）將步驟（2）所得鑄錠放入真空熱處理爐中，抽真空并沖入氬氣，加熱到300℃，保溫24h，進(jìn)行均勻化退火，得到經(jīng)均勻化處理的鑄錠；

（4）將步驟（3）所得經(jīng)均勻化處理的鑄錠車(chē)削加工，去掉表面氧化皮，然后將鑄錠預(yù)熱至250~260℃，置于擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓變形，擠壓筒的溫度為260℃，得到14mm厚的擠壓坯；將擠壓坯經(jīng)過(guò)冷軋，控制每道次壓下量為12-15%，得到0.7mm厚的板坯；

（5）將步驟（4）所得板坯在真空熱處理爐中進(jìn)行250℃、60min的退火，即得。

將制得的低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材按照標(biāo)準(zhǔn)金相制作方法制備進(jìn)行試樣，采用leica光學(xué)顯微鏡檢測(cè)鎂鋰合金板材的顯微組織，結(jié)果如圖1所示，實(shí)施例1制得的鎂鋰合金板材組織晶粒細(xì)小、均勻。

將制得的低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材用線切割加工成拉伸試樣，在sun10電子試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸測(cè)試，檢測(cè)超輕鎂鋰合金板材的力學(xué)性能，結(jié)果如表1所示。

表1低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材的力學(xué)性能結(jié)果

由表1可見(jiàn)，實(shí)施例1制得的低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材抗拉強(qiáng)度為270.67mpa（平均值），延伸率約19.63%（平均值）。

實(shí)施例2

一種低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金，由以下組分按質(zhì)量百分比組成：li6%，al3%，zn1%，mn0.5%，re0.5%，ti+b0.0005%，余量為mg和其他雜質(zhì)元素，且雜質(zhì)元素總含量小于0.3%。

上述低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材的制備方法，包括以下步驟：

（1）按照合金中各組分的質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，其中，mg、li、al、zn以純金屬錠的形式加入；mn以almn10中間合金的形式加入；re為富鑭混合稀土；以mgre20的形式加入；ti+b以alti5b1的形式加入；將所配原料加入真空感應(yīng)熔煉爐中，抽真空，在氬氣保護(hù)下，采用逐漸加大功率升溫的方法，于760-770℃熔煉，得到金屬液；

（2）將步驟（1）所得金屬液于710-720℃靜置10min后，將金屬液澆鑄到低碳鋼模具中，冷卻至室溫，得到鑄錠；

（3）將步驟（2）所得鑄錠放入真空熱處理爐中，抽真空并沖入氬氣，加熱到300℃，保溫24h，進(jìn)行均勻化退火，得到經(jīng)均勻化處理的鑄錠；

（4）將步驟（3）所得經(jīng)均勻化處理的鑄錠車(chē)削加工，去掉表面氧化皮，然后將鑄錠預(yù)熱至250~260℃，置于擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓變形，擠壓筒的溫度為260℃，得到14mm厚的擠壓坯；將擠壓坯經(jīng)過(guò)冷軋，控制每道次壓下量為15-25%，得到2mm厚的板坯；

（5）將步驟（4）所得板坯在真空熱處理爐中進(jìn)行200℃、120min的退火，即得。

將實(shí)施例2制得的低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材，用線切割加工成拉伸試樣，在sun10電子試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸測(cè)試，檢測(cè)鎂鋰合金薄板的力學(xué)性能。其抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為256.42mpa和21%，其拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線如圖2所示。

實(shí)施例3

一種低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金，由以下組分按質(zhì)量百分比組成：li4%，al2%，zn0.5%，mn0.2%，re0.1%，ti+b0.0005%，余量為mg和其他雜質(zhì)元素，且雜質(zhì)元素總含量小于0.3%。

上述低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材的制備方法，包括以下步驟：

（1）按照合金中各組分的質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，其中，mg、li、al、zn以純金屬錠的形式加入；mn以almn10中間合金的形式加入；re為富鑭混合稀土；以mgre20的形式加入；ti+b以alti5b1的形式加入；將所配原料加入真空感應(yīng)熔煉爐中，抽真空，在氬氣保護(hù)下，采用逐漸加大功率升溫的方法，于780-790℃熔煉，得到金屬液；

（2）將步驟（1）所得金屬液于710-720℃靜置20min后，將金屬液澆鑄到低碳鋼模具中，冷卻至室溫，得到鑄錠；

（3）將步驟（2）所得鑄錠放入真空熱處理爐中，抽真空并沖入氬氣，加熱到200℃，保溫12h，進(jìn)行均勻化退火，得到經(jīng)均勻化處理的鑄錠；

（4）將步驟（3）所得經(jīng)均勻化處理的鑄錠車(chē)削加工，去掉表面氧化皮，然后將鑄錠預(yù)熱至200~210℃，置于擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓變形，擠壓筒的溫度為200℃，得到擠壓坯；將擠壓坯經(jīng)過(guò)冷軋，控制每道次壓下量為8-10%，得到板坯；

（5）將步驟（4）所得板坯在真空熱處理爐中進(jìn)行150℃、100min的退火，即得。

實(shí)施例4

一種低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金，由以下組分按質(zhì)量百分比組成：li7%，al6%，zn3%，mn1%，re1%，ti+b0.05%，余量為mg和其他雜質(zhì)元素，且雜質(zhì)元素總含量小于0.3%。

上述低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材的制備方法，包括以下步驟：

（1）按照合金中各組分的質(zhì)量百分比進(jìn)行配料，其中，mg、li、al、zn以純金屬錠的形式加入；mn以almn10中間合金的形式加入；re為富鑭混合稀土；以mgre20的形式加入；ti+b以alti5b1的形式加入；將所配原料加入真空感應(yīng)熔煉爐中，抽真空，在氬氣保護(hù)下，采用逐漸加大功率升溫的方法，于810-820℃熔煉，得到金屬液；

（2）將步驟（1）所得金屬液于720-730℃靜置15min后，將金屬液澆鑄到低碳鋼模具中，冷卻至室溫，得到鑄錠；

（3）將步驟（2）所得鑄錠放入真空熱處理爐中，抽真空并沖入氬氣，加熱到250℃，保溫18h，進(jìn)行均勻化退火，得到經(jīng)均勻化處理的鑄錠；

（4）將步驟（3）所得經(jīng)均勻化處理的鑄錠車(chē)削加工，去掉表面氧化皮，然后將鑄錠直接溫軋，軋制溫度為200℃，控制每道次壓下量為25-30%，得到板坯；

（5）將步驟（4）所得板坯在真空熱處理爐中進(jìn)行300℃、30min的退火，即得。

將實(shí)施例3及實(shí)施例4制得的低鋰高塑性高強(qiáng)度鎂鋰合金板材，用線切割加工成拉伸試樣，在sun10電子試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸測(cè)試，檢測(cè)鎂鋰合金薄板的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度約250mpa-270mpa，延伸率約15%-21%。