[发明专利]高应变速率超塑性镁锂合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种镁锂合金材料，具体涉及一种具有高应变速率超塑性的镁锂合金材料。本发明也涉及一种镁锂合金材料的制备工艺。

背景技术

镁锂合金是目前最轻的结构金属材料，不仅具有传统镁合金低密度，高比强度、比刚度，优良的减震性能和抗冲击韧性，良好的切削加工和电磁屏蔽性能等优点，并且密度更小，甚至能达到和塑料一样小的密度。在航空航天、汽车和3C领域都极具潜力。特别是随着各行业节能环保要求的提升，将更加显著促进镁锂合金的应用。

在镁锂合金的实际应用中，经常需要被加工成形状复杂的工件，这就需要较好变形能力。但是镁合金大都具有室温变形能力不足的缺点，而应用超塑性加工能够克服这一困难，达到加工要求。但是通常超塑性需要在高温和低应变速率的条件下实现，很难满足实际生产的需要，尤其是很低的应变速率在工业生产中几乎不能实现。因此高应变速率超塑性是超塑性向实际应用发展的重要方向，具有重要意义。

对现有文献检索发现，多数超塑性工艺都需要满足较低应变速率的要求，有的则制备工艺较为复杂，较难满足生产需求。普通工业用镁合金，如刘满平等报道的AZ31镁合金的超塑性(中国有色金属学报，2002，4，P797-801)所要求应变速率太低，在673K，3×10^-5s^-1时能表现出314％的延伸率，难以进行实际应用。经过一定的加工处理，能够在更高的应变速率下获得较好的超塑性，如Yoshida等(Materials Transactions，2002，43，P2419-2423)报道了一种经过6道次等径角挤压的镁锂合金在423K，1×10^-3s^-1条件下获得391％的延伸率，但是这些加工工艺往往过于复杂，在实际生产中也难以实现。

高应变速率超塑性具有良好的商业应用前景，它具有常规超塑性所具有的优点，如成形压力小、成形性好、设计自由度大、无残余应力等。但是它远高于常规超塑性的应变速率使得它能够节省大量时间和能源消耗，大大提升生产效率，具有常规超塑性所无法比拟的工业实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合力学性能较好的高应变速率超塑性镁锂合金材料。本发明的目的还在于提供一种以较简易的方式在无需获得超细晶组织的前提下获得超塑性的高应变速率超塑性镁锂合金材料的制备方法。

本发明的高应变速率超塑性镁锂合金材料的质量百分比组成为Li 6％-11％、Al 0.1％-3％、余量的Mg和微量杂质元素。

本发明的高应变速率超塑性镁锂合金材料的制备方法为：

a)按照质量百分比组成：Li 6％-11％、Al 0.1％-3％，其余量为Mg和微量杂质元素的比例配置熔炼合金所需原料；

b)采用真空电磁感应炉在氩气的保护下进行熔炼；

c)将得到的铸锭在热处理炉中在200℃-350℃温度下进行均匀化退火，时间为6-24小时，然后随炉冷却至室温；

d)将步骤c)中得到的铸锭表面车去表层氧化层，然后在200℃-300℃下进行一道次挤压比为75％以上的大挤压比挤压，得到最终棒材。

所述的熔炼具体包括：先进行5kW以下5-10分钟的预热，然后将功率调整到7-12kW加热5-10分钟至所有铸锭都完全融化，然后将功率降至3kW以下保温5-10分钟停止加热后立刻进行浇注。

本发明所涉及的高应变速率超塑性镁锂合金材料的特点是：按照成分配比熔炼得到的合金为双相共晶合金，共晶成分具有较好的熔铸性能，配比中添加适量的Al元素能够进一步减少熔铸缺陷，同时不会引起密度的较大提升。但是不宜添加过多产生影响塑性变形的硬质第二相粒子。合金组织并不需要达到超细晶便获得显著的超塑性变形能力，并且在较高应变速率时依旧能保持较高的延伸率，这与合金的组织特点以及本发明所采用的加工工艺有较大关系。

本发明所涉及的制备工艺的特点是：加工采用了一道次大挤压比一次挤压成型的工艺，相比与一般镁合金加工中采用的多道次加工，不仅大大缩减加工的所需时间，同时能够减少多道次加工时长时间加热所造成的晶粒长大，保持组织致密。一般来说，二道次加工的时耗和能耗大约是一次加工成型的两倍，多道次加工所需也更多。