利用銅?？焖倌讨苽涓邚姸孺V鋰合金的方法及銅模的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種鎂鋰合金的制備方法，特別涉及一種利用紫銅模快速凝固制備高強度鎂鋰合金的方法。本發(fā)明還涉及一種利用紫銅?？焖倌讨苽涓邚姸孺V鋰合金的方法的專用銅模。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂鋰合金是迄今為止密度最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，由于其具有高比強度，高比剛度，優(yōu)良的電磁屏蔽能力和吸震能力及可回收利用等優(yōu)點，鎂鋰合金在減重及減少能源耗費等方面有著深遠的意義。這些優(yōu)點使得鎂鋰合金在航空航天，汽車，電子工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用潛力。近年來，研宄人員著力通過各種方法提高鎂鋰合金強度，比如合金化。常見的添加合金元素如鋁，鋅，鈣等；另外還有通過添加稀土元素來改善合金強度的，比如添加一定含量的鑭，鈰，釹，鐠等，但是稀土元素價格較貴，會增加商業(yè)成本。另外也有研宄人員通過引入變形來改善鎂鋰合金的性能，比如擠壓，乳制，等徑角擠壓等。但是往往在提高強度的同時合金的塑性降低了。在常規(guī)的金屬鑄造中，常用的模具主要有石墨模具和金屬模具，金屬模具比石墨模具具有更好的熱傳遞性，因此金屬模具比石墨模具有更高的冷卻速率，從而在金屬模具中熔體的液固界面前液相中形成了更高的溫度梯度，激發(fā)更多的非均質(zhì)形核和更能有效地抑制晶粒的生長，使得冷卻時合金具有更好的晶粒細化效果。金屬模具中紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)是?401 (ff/ (m.k))，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)?50 (ff/ (m.k))，用銅模澆鑄能夠獲得更大的冷卻速率?？焖倌淌且环N新型的金屬材料制備技術(shù)，在合金的凝固過程中由于冷卻速率很大，使得合金的成分及組織分布更加均勻，同時由于冷卻速率大，會導(dǎo)致更高的過冷度，增加核胚的數(shù)量，形核數(shù)目越多，結(jié)晶后的晶粒就越細小，鑄件性能也就越高。所以，冷卻速率直接影響凝固組織中的晶粒的大小，控制冷卻速率成為改善合金性能的基本方法之一。本發(fā)明通過利用銅的導(dǎo)熱系數(shù)大，冷卻速率大，用紫銅制作模具，利用快速凝固技術(shù)制備一種高強度的鎂鋰鋁合金。同時利用傳統(tǒng)的軋制技術(shù)，經(jīng)過多道次軋制變形，通過形變強化進一步提高鎂鋰合金的機械性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單，所得合金具有高的強度和良好的塑性的利用銅模快速凝固制備高強度鎂鋰合金的方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種利用銅模快速凝固制備高強度鎂鋰合金的方法的專用銅模。
[0004]本發(fā)明的利用銅模快速凝固制備高強度鎂鋰合金的方法為:
[0005]以Mg、L1、Al為原料，按其質(zhì)量百分比Li為2?11 %、Al為，余量為Mg的配比在真空感應(yīng)熔煉爐中進行熔煉，熔煉之前先將爐內(nèi)抽至真空狀態(tài)，再充入氬氣進行保護，熔煉過程一直在氬氣氣氛的保護下進行，恪煉溫度為650?750°C、保溫靜置時間為20?40min，靜置后將熔體澆鑄到銅模中，金屬液在型腔中的上升速度為30?60mm/s，澆鑄時間5?15s，澆鑄完成后鑄件在銅模中隨爐冷卻得到鑄態(tài)合金；所述銅模是由厚為20?25mm的紫銅做成的方形模具，銅模內(nèi)腔的長:寬=4?12，金屬液的沖型比例為1/2?4/5。
[0006]將鑄態(tài)合金在200°C?350°C保溫0.5?lh，經(jīng)行多道次軋制，道次間變形量10%?15%，道次間保溫3?20min，總壓下量為60%?80%，乳制完成后進行水冷。
[0007]澆鑄溫度為700°C ±5°C。
[0008]本發(fā)明的利用銅模快速凝固制備高強度鎂鋰合金的方法的專用銅模是由厚為20?25mm的紫銅做成的方形模具，銅模內(nèi)腔的長:寬=4?12。
[0009]本發(fā)明通過利用銅模導(dǎo)熱系數(shù)大(?401(W/(m?k)))的特點，用紫銅制作模具，利用在澆鑄過程中鑄件的冷卻速率大(?110°C /s)，實現(xiàn)液態(tài)金屬的快速凝固。由于冷卻速率大，會導(dǎo)致更高的過冷度，增加核胚的數(shù)量，形核數(shù)目越多，結(jié)晶后的晶粒就越細小，鑄件性能也就越高。同時在二元鎂鋰合金中加入鋁作合金強化元素，利用鋁的固溶強化和時效強化作用，制備高強度的單相U相)，雙相(α+β)相鎂鋰鋁合金。其中，鑄態(tài)單相(α相)鎂鋰鋁合金的強度達到了 263MPa左右，斷裂延伸率約為7%，雙相(α + β)相鎂鋰鋁合金的強度達到了 254MPa左右，延伸率約為16%。同時利用多道次軋制形變強化進一步提高鎂鋰合金的機械性能。軋制后的單相U相)，雙相(α+β)鎂鋰鋁合金的強度達到了約34IMPa和280Mpa，斷裂延伸率分別約為6%和16%。
[0010]本發(fā)明所具有的實質(zhì)性特點和顯著的進步為:
[0011](I)本發(fā)明以紫銅制備模具，利用金屬銅導(dǎo)熱系數(shù)大，導(dǎo)熱快的特點實現(xiàn)合金的快速凝固，從而使得合金的成分及組織分布更加均勻，同時由于冷卻速率大，會導(dǎo)致高的過冷度，增加核胚的數(shù)量，形核數(shù)目越多，結(jié)晶后的晶粒就越細小，鑄件性能也就越高。該方法工藝過程比較簡單，也易于操作，適用性廣。
[0012](2)本發(fā)明以常規(guī)鋁元素作為超輕鎂鋰合金的合金強化元素，原料易得，相比添加其他元素，特別是稀土元素，更為經(jīng)濟實惠，利于商業(yè)化應(yīng)用。
[0013](3)本發(fā)明以多道次軋制變形進行形變強化，多道次變形能夠確保合金的塑性，特別是相對于塑性較差的單相鎂鋰合金(hep結(jié)構(gòu))，多道次變形更有優(yōu)勢。
[0014](4)本發(fā)明操作簡單，容易進行，所得合金具有高的強度和良好的塑性。室溫下鑄態(tài)試樣的抗拉強度為240?270MPa，延伸率為6%?20%。室溫下軋制變形態(tài)試樣的抗拉強度為270?350MPa，延伸率為6 %?20 %。
【附圖說明】
[0015]圖1為實例1，2中的鑄態(tài)鎂鋰鋁合金的力學性能測試曲線。
[0016]圖2為實例3，4中的軋制態(tài)鎂鋰鋁合金的力學性能測試曲線。
【具體實施方式】
[0017]利用快速凝固技術(shù)制備高強度鎂鋰鋁合金材料，以紫銅制備澆注模具，金屬模具壁厚設(shè)計根據(jù)壁厚對熱阻與蓄熱能力的關(guān)系綜合考量最后選擇銅板厚度為20?25mm，紫銅模具的內(nèi)腔尺寸按長:寬=4?12。金屬液的充型比例為1/2?4/5，金屬液在型腔中的上升速度為30?60mm/s，澆鑄時間5?15s。其中澆鑄完成后鑄件在模具中隨爐冷卻(冷卻介質(zhì)為氬氣)。實現(xiàn)熔融金屬液在澆鑄過程中的快速凝固，使得合金的成分及組織分布更加均勻，同時由于冷卻速率大(?110°C /s)，會導(dǎo)致高的過冷度，增加核胚的數(shù)量，形核數(shù)目越多，結(jié)晶后的晶粒就越細小，鑄件性能也就越高。該合金材料的組成成分及其質(zhì)量百分含量為:L1:2?11% (wt% )，A1:3?6% (wt% )，不可避免的Fe、Cu、N1、Si等雜質(zhì)總量小于0.03%，余量為Mg。
[0018]該高強度鎂鋰鋁合金材料的制備方法:
[0019]本發(fā)明利用銅?？焖倌碳夹g(shù)制備的高強度鎂鋰合金是以商業(yè)純Mg，商業(yè)純Li，商業(yè)純Al為原料，按其質(zhì)量百分比L1:2?11% (wt% )，Al:3?6% (wt% )，余量為Mg的配比在真空感應(yīng)熔煉爐中進行熔煉。熔煉之前先將爐內(nèi)抽至真空狀態(tài)(真空表讀數(shù)為0.0lMPa時)，再充入氬氣進行保護。熔煉過程一直在氬氣氣氛的保護下進行。熔煉溫度為650?750 °C。保溫靜置時間為20?40min，靜置后將熔體(澆鑄溫度約為700 °C )澆鑄到厚為20?25mm的紫銅做的方形模具中，其中紫銅模具的內(nèi)腔尺寸為長:寬=4?12。金屬液的沖型比例為1/2?4/5，金屬液在型腔中的上升速度為30?60mm/s，澆鑄時間5?15s，饒鑄完成后鑄件在模具中隨爐冷卻(冷卻介質(zhì)為氬氣)。得到鑄態(tài)合金。
[0020]主要的軋制工藝參數(shù)為:將鑄態(tài)試樣在200°C?350°C保溫0.5?lh，經(jīng)行多道次軋制。道次間變形