[发明专利]一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法，按质量百分比计包含：Li：8～13wt.％，Al：2～6wt.％，Sn：1～3wt.％，稀土元素(RE)：0.5～3wt.％，Ca：0～1wt.％，Sr：0～1wt.％，Mn：0～1wt.％，余量为镁和不可避免的杂质，其中，杂质总量在镁锂合金材料中的占比小于0.1wt.％。制备方法包括：按照镁锂合金中各组分的质量百分比将原料混合后进行熔炼铸造，得到镁锂合金铸态合金铸锭，将铸态合金铸锭进行固溶处理，得到镁锂合金固溶态合金铸锭；将固溶态合金铸锭进行低温挤压变形。本发明通过选择特定的合金化元素，利用元素之间的协同作用，在降低合金密度的同时获得高强韧镁锂合金，制备方法操作简单，成本低，便于推广使用。

技术领域

本发明属于有色金属材料技术领域，特别涉及一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法。

背景技术

镁锂合金密度一般为0.9～1.6g/cm³，是钢铁的1/5，铝合金的1/2，比普通镁合金还要轻1/4～1/3，因此被称为超轻合金。同时，其具有高比强度、高比刚度，抗压强度、塑性和较低的冲击韧度、低缺口敏感性、阻尼性能及良好的电磁屏蔽性能等特点，已经成为航天领域新一代的轻质结构材料之一，具有广阔的应用前景。然而，绝对强度低、力学性能稳定性差、强度和密度难匹配等因素严重限制了镁锂合金在航天领域的应用。因此，针对新型卫星等航天器轻量化发展需求，需要开发出一种300MPa级的新型超轻高强镁锂合金材料代替传统铝合金，满足承载要求，实现整体结构减重。

合金化是提升镁锂合金材料力学性能的重要方法之一。Al和Zn是镁锂合金中主要的合金化元素，并已经形成了Mg-Li-Al、Mg-Li-Zn或Mg-Li-Al-Zn等合金体系，这些元素在镁锂合金中的固溶度有限而对合金强度的提高有限，同时易产生过时效现象而导致合金力学性能稳定性较差。现阶段开发的LA141、LA103、LAZ931等合金牌号强度普遍低于300MPa。

查询相关文献可知，抗拉强度达到300MPa的镁锂合金的Li含量较低，合金密度偏高，同时延伸率也有所降低。随着Li含量的增大，合金的强度和密度降低，需要同时提高其他合金元素的含量，给合金材料制备带来困难。而且，这些镁锂合金的铸态强度非常低，往往需要通过多次挤压、轧制等变形加工工艺才能使得合金强韧性满足要求，制备工艺较复杂成本较高，且材料规格较小，仅以薄板为主。

因此，有必要开发出一种300MPa级的镁锂合金及其制备方法，在降低合金密度的同时，获得高强韧镁锂合金，且制备方法操作简单，成本低。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种300MPa级镁锂合金材料及其制备方法，通过提高镁锂合金中Li的含量，可显著降低合金材料的密度，同时提高合金塑性；通过向镁锂合金中添加Al、Sn、稀土元素(RE)，通过控制其含量和配比，在保持材料低密度的条件下，可实现细晶强化、固溶强化和析出强化的共同作用，提高合金强韧性的同时有效抑制过时效软化现象的产生；通过向镁锂合金中引入微量合金元素Ca、Sr和Mn，可进一步细化合金晶粒组织，有效改善合金的强韧性，且提高合金的热稳定性。另外，Ca在熔炼过程中起到阻燃的作用。本发明在优化合金元素成分的基础上，提供了一种镁锂合金材料的制备方法，可明显改善合金材料冶金质量，有效抑制制备过程中镁锂合金的过时效软化现象，使得合金晶粒组织细化、强化相均匀分布，进一步提高其强韧性，实现镁锂合金低密度与高强韧性能相匹配，最终制备出300MPa级镁锂合金材料。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种300MPa级镁锂合金材料，包括：按质量百分比计包含：Li：8～13wt.％，Al：2～6wt.％，Sn：1～3wt.％，稀土元素(RE)：0.5～3wt.％，Ca：0～1wt.％，Sr：0～1wt.％，Mn：0～1wt.％，余量为镁和不可避免的杂质，其中，杂质总量在镁锂合金材料中的占比小于0.1wt.％。

第二方面，一种300MPa级镁锂合金材料的制备方法，包括以下步骤：