一种高性能镁锂合金薄带的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种高性能镁锂合金薄带的制备工艺，属于金属加工领域。

背景技术

镁锂合金具有低密度、良好的韧性与可塑性、高比强度等优势，在航空航天、军事汽车、医疗器械和3C行业等领域拥有广阔的应用前景。但是，镁锂合金也有其缺陷，比如容易被氧化燃烧、铸造工艺复杂以及绝对强度低、生产成本高、室温成形性差、与钢和铝相比强度低等。通常，镁锂合金塑性较差的原因是其具有HCP的晶体结构的α-Mg相，从而导致其缺少独立的滑移系。因此对镁合金进行大规模的工业化生产就比较困难。我国有关镁锂合金的研究较晚，在镁锂合金的应用及工业化方面与发达国家还存在着一定的差距。

当镁合金中添加了锂元素，晶粒内部会产生比较严重的晶格畸变，其中合金的晶胞参数中数值c减少的比数值a更快，从而降低了镁合金的c/a值，通过使临界分切应力降低，进而激活出较多数量的滑移系。所以在室温下，镁锂合金的α-Mg相可以存在两个滑移系，即同时存在

镁锂合金有几个方面制约了其轧制板带材的应用：(1)镁锂合金塑性比较差，成形难，容易存在内裂、边裂等缺陷；(2)普通的同步轧制方式轧制镁合金时，所获得的板带材会存在强度很大的基面织构，从而导致材料具有很强的各向异性；(3)道次压下量小，还要退火才能进行后续加工，生产效率低成本高。因此，需要开发能够强化提高镁锂合金性能的新的工艺。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种高性能镁锂合金薄带的制备工艺，能够制得厚度低至0.4mm以下的力学性能良好的镁锂合金薄带，其屈服强度为225～270MPa，抗拉强度为295～342MPa，延伸率为15％～22％。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种高性能镁锂合金薄带的制备工艺，包括以下步骤：

(1)将镁锂合金铸锭进行均匀化退火处理；

(2)将均匀化退火后的镁锂合金铸锭进行多道次热轧，道次间歇不进行中间退火，最后一次热轧后退火得到板材I；

(3)将板材I进行多道次冷轧，道次间歇进行中间退火，最后一次冷轧后退火得到带材II；

(4)将带材II进行多道次异步冷轧，道次间歇不进行中间退火，最后一次异步冷轧后退火得到带材III。

优选的方案，所述的镁锂合金铸锭成份包含：Li 7.5～8.5wt％、Al 2.5～3.5wt％、Y 0.5～1.5wt％，以及Mg。

优选的方案，(1)中的均匀化退火制度为：280～320℃温度下，退火10～12h后，淬入水中。

优选的方案，(2)中的热轧处理之前，先将镁锂合金铸锭加热至250～300℃，保温1.5～2h之后进行多道次热轧，最后一次热轧后的退火工艺为250～300℃，保温1.0～2.0h，板材I厚度为2.0mm。

优选的方案，(3)中的多道次冷轧的中间退火工艺为250～300℃，保温20～30min，且最后一次冷轧后的退火工艺同中间退火工艺。

优选的方案，(3)中带材II的厚度为0.78～0.82mm。

优选的方案，(4)中进行多道次异步冷轧，异步冷轧的上辊为慢速辊，下辊为快速辊，慢速辊的速度固定为2.62rad/s，异速比为1:1.1～1:1.5。本发明中，发明人发现当异速比大于1.5时，轧制带材表面会出现很多微小裂纹。

优选的方案，(4)中的最后一次异步冷轧后的退火工艺为240～280℃，保温60～80min。

优选的方案，(4)中带材III的厚度为0.38～0.42mm。

本发明制得的带材III的微观组织中主要存在α-Mg相、β-Li相，同时还存在少量Al

本发明的一种优选的高性能镁锂合金薄带的制备工艺，具体包括以下步骤：

(1)将镁锂合金铸锭进行均匀化退火处理，均匀化退火制度为：280～320℃温度下，退火10～12h；达到预定时间后，将所述铸锭取出，淬入水中；

(2)将均匀化退火后的镁锂合金铸锭加热至250～300℃，保温1.5～2h，之后进行多道次热轧，道次间歇不进行中间退火，最后一次热轧后的退火工艺为250～300℃，保温1.0～2.0h，得到板材I；

(3)将板材I进行多道次冷轧，多道次冷轧进行中间退火，中间退火工艺为250～300℃，保温20～30min，且最后一次冷轧后的退火工艺同中间退火工艺，得到带材II；

(4)将带材II进行多道次异步冷轧，异步冷制的上辊为慢速辊，下辊为快速辊；慢速辊的速度固定为2.62rad/s，异速比为1:1.1～1:1.5，道次间歇不进行中间退火，最后一次异步冷轧后的退火工艺为240～280℃，保温60～80min，得到带材III。

相对于现有技术，本发明的制备工艺有以下优点：

(1)本发明镁锂合金薄带材的制备工艺采用热处理退火、热轧、冷轧即可得到0.78～0.82mm厚的板材，制备工艺简单、操作性强，适合工业生产。采用的退火工艺具有退火温度低、时间短的特点；采用的轧制包括热轧和冷轧两种传统加工方式。

(2)本发明镁锂合金薄带的制备工艺采用异步轧制得到0.38～0.42mm的带材，异步轧制在加工过程中产生了特有的搓轧区，该变形区内上下表面有着相反的摩擦力，对于轧件来说，受力状态和常规轧制不同，能够获得较大的变形及细小晶粒，而采用常规轧制时除厚度很难变小外晶粒尺寸也比异步轧制时大，异步轧制易于变形，特别是对于双相镁锂合金而言，轧的越薄硬化度加大，常规轧制是无法继续变形的，而异步轧制由于受力状态发生改变，导致镁锂合金的基面织构较弱，因而塑性提高，所以可以在同样最小可轧厚度下，轧的更薄，晶粒更加细小。

(3)本发明镁锂合金薄带的制备工艺得到的板材微观组织均匀，主要存在α-Mg相、β-Li相，同时还存在少量Al

(4)本发明镁锂合金薄带的制备工艺得到的带材力学性能良好，多道次异步轧制之后并退火后镁锂合金的带材屈服强度为225～270MPa，抗拉强度为295～342MPa，延伸率为15～22％。

附图说明

图1为本发明实施例2中镁锂合金板材经异步轧制至0.4mm的XRD图片，由图1可知微观组织中主要存在α-Mg相、β-Li相，同时还存在少量Al

图2为本发明实施例2中镁锂合金带材经异步轧制至0.4mm的金相图片，由图2可知β-Li相为细小的等轴晶形态，而α-Mg相球化也比较明显。

图3为本发明实施例2中镁锂合金带材经异步轧制至0.4mm的SEM图片，由图3可知第二相沿着相界大量分布。

具体实施方式

下面通过实施例具体地对本发明做进一步描述，本发明专利的权利保护范围包括但不局限于此。

实施例1

将镁锂合金铸锭，其成份(wt％)为：Li 8.5、Al 3.5、Y 1.2，余量为Mg，进行均匀化退火处理，均匀化退火制度为：300℃温度下，退火10h；达到预定时间后，将所述铸锭取出，淬入水中。将退火后的镁锂合金铸锭加热至280℃，保温1.5h，进行多道次热轧至2.0mm，道次间歇不进行中间退火，但最后一次热轧后要进行退火，工艺制度为280℃，保温1.5h；再将多道次热轧后退火的板材进行多道次冷轧，冷轧至0.8mm，多道次冷轧要进行中间退火，且最后一次冷轧后的退火工艺同中间退火工艺，中间退火工艺为280℃，保温20min；将多道次冷轧退火后的带材再进行多道次异步冷轧，轧至厚度为0.38mm的带材，异步冷轧的上辊为慢速辊，下辊为快速辊，上辊的速度固定为2.62rad/s，异速比为1:1.4，道次间歇不进行中间退火，但最后一次异步冷轧后要进行退火，工艺制度为240℃，保温60min。该工艺得到的带材屈服强度为270.0MPa，抗拉强度为342.0MPa，延伸率为15.0％。

实施例2

将镁锂合金铸锭，其成份(wt％)为：Li 7.5、Al 3.0、Y 1.0，余量为Mg，进行均匀化退火处理，均匀化退火制度为：300℃温度下，退火10h；达到预定时间后，将所述铸锭取出，淬入水中。将铸锭加热至280℃，保温1.5h，进行多道次热轧至2.0mm，道次间歇不进行中间退火，但最后一次热轧后要进行退火，工艺制度为280℃，保温1h；再将多道次热轧后退火的板材进行多道次冷轧，冷轧至0.8mm，多道次冷轧要进行中间退火，且最后一次冷轧后的退火工艺同中间退火工艺，中间退火工艺为280℃，保温20min，将多道次冷轧退火后的带材再进行多道次异步冷轧，轧至厚度为0.4mm的带材，异步冷轧的上辊为慢速辊，下辊为快速辊，上辊的速度固定为2.62rad/s，异速比为1:1.2，道次间歇不进行中间退火，但最后一次异步冷轧后要进行退火，工艺制度为270℃，保温60min。该工艺得到的带材屈服强度为260.0MPa，抗拉强度为330.0MPa，延伸率为20％。

实施例3

将镁锂合金铸锭，其成份(wt％)为：Li,7.5、Al 2.5、Y 0.5，余量为Mg，进行均匀化退火处理，均匀化退火制度为：300℃温度下，退火10h；达到预定时间后，将所述铸锭取出，淬入水中。将铸锭加热至300℃，保温2h，进行多道次热轧至2.0mm，道次间歇不进行中间退火，但最后一次热轧后要进行退火，工艺制度为280℃，保温1h；再将多道次热轧后退火的板材进行多道次冷轧，冷轧至0.8mm，多道次冷轧要进行中间退火，且最后一次冷轧后的退火工艺同中间退火工艺，中间退火工艺为280℃，保温30min；将多道次冷轧退火后的带材再进行多道次异步冷轧，轧至厚度为0.42mm的带材，异步冷轧的上辊为慢速辊，下辊为快速辊，上辊的速度固定为2.62rad/s，异速比为1:1.1，道次间歇不进行中间退火，但最后一次异步冷轧后要进行退火，工艺制度为280℃，保温80min。该工艺得到的带材屈服强度为225MPa，抗拉强度为295.0MPa，延伸率为22％。