[发明专利]一种高强度镁锂合金及其深冷强化处理的制备方法

说明书

本发明提供一种高强度镁锂合金及其深冷强化处理的制备方法，属于高强度合金及其制备技术领域。所述高强度镁锂合金，包括Li、Y、Zn、不可避免的杂质元素和Mg，所述Y与Zn的原子比大于1.32。所述高强度镁锂合金的深冷强化处理的制备方法，包括熔炼及浇铸、均匀化热处理、77K深冷处理、塑性成形加工等步骤。本申请提供的高强度镁锂合金及其深冷强化处理的制备方法，通过同时添加Y和Zn元素，将Y和Zn元素固溶于镁锂合金基体中，并通过均匀化热处理、深冷处理、塑性变形加工在α‑Mg相中获得孪晶细化晶粒，在β‑Li相中自生获得层片状LPSO结构的X‑Mg₁₂YZn相，起到了强化β‑Li相作用，从而强化合金。

技术领域

本发明涉及高强度合金及其制备技术领域，特别是一种具有低密度、高强度、高伸长率的镁锂合金，及镁锂合金利用深冷强化处理的制备方法。

背景技术

近年来能源问题成为全世界关注的焦点，轻量化成为现代交通工具及电子产业发展的趋势。在镁合金中添加锂元素(密度为0.53g/cm³)所形成的镁锂合金，其合金密度较常见的AZ、ZK系列镁合金密度更低(AZ、ZK系列镁合金的密度约为1.8～1.9g/cm³)，对轻量化有着积极的意义。镁锂合金除了低密度的优势之外，还具有高的比强度、比刚度和优良的抗震性能、良好的生物相容性以及抗高能粒子穿透能力，是航空、航天、兵器工业、核工业、汽车、3C产业、医疗器械等领域最理想并有着巨大发展潜力的结构材料之一。

当镁锂合金中的锂含量超过5.5wt％后，组织中可以获得bcc结构的富锂β-Li相，因此材料具有良好的室温变形能力和低密度等优势特征。同时，镁锂合金还具有切削加工性、导热性好，电磁屏蔽能力强，阻尼减震性好等常规镁合金的优点。因此，镁锂合金在军事、航空航天领域具有极为广阔的应用前景。

然而，镁中加入了金属元素锂后，由于组织中获得的富锂β-Li相本身强度很低，并且β-Li相的变形硬化强化效果更是非常有限，因此镁锂合金的拉伸强度指标往往很低，不能满足结构材料对力学性能的要求。现有文献资料分析可见，镁锂合金材料研究主要分为两类：一是，高强度类，UTS≥200MPa，伸长率δ<20％，不能轧制薄板；二是，高塑性类，伸长率δ≥20％，但强度不足。

因此，如何利用简单有效的工艺即提升镁锂合金的强度指标，又能保证镁锂合金的伸长率指标，满足室温塑性变形成形制备壳体类零件对材料强度和伸长率指标的要求，UTS≥150MPa，δ≥20％。这是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种高强度的Mg-Li-Y-Zn镁锂合金，其通过向镁锂基合金中加入一定质量的Y和Zn元素，并控制Y/Zn的原子比，通过一定的热处理，在镁锂基合金组织中自生获得LPSO长周期堆垛结构的X-Mg₁₂YZn相，然后再经过77K深冷处理一定时间，促进基体α-Mg相晶粒获得孪晶，进一步细化晶粒，并促进X相在基体β-Li相内的进一步弥散析出，使该合金不仅拥有较低的密度，而且具有优良的力学性能，解决了现有镁锂合金绝对强度低、可塑性差的问题，满足室温条件下UTS≥150MPa，δ≥20％的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种高强度镁锂合金。所述高强度镁锂合金，按质量百分比计，包括以下成分：Li 9.5～12％，Y 4～6％，Zn 1～4％，不可避免的杂质元素总量不超过0.02％，其余为Mg。

进一步地，所述Y与Zn的原子比大于1.32。

进一步地，所述杂质元素为Fe、Cu、Ni、Si中的一种或几种的混合物。

本发明的另一个目的在于提供一种上述的高强度镁锂合金的深冷强化处理的制备方法。所述制备方法，包括以下步骤：

(1)熔炼及浇铸

本步骤在氩气保护条件下完成；