CN114535478A - 一种超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法 - Google Patents

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CN114535478A CN202210177887.6A CN202210177887A CN114535478A CN 114535478 A CN114535478 A CN 114535478A CN 202210177887 A CN202210177887 A CN 202210177887A CN 114535478 A CN114535478 A CN 114535478A
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Abstract

本发明公开了一种超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，包括以下步骤：A)获取以下原材料：纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁锆中间合金、或镁钙中间合金、或镁铈中间合金；B)将获取的原材料熔炼获得合金熔体；C)将制备所得的合金熔体进行浇铸成型后，冷却，进行机械加工处理，获得合金铸锭；D)对合金铸锭进行预热和挤压成型，获得镁锂合金的挤压棒材；E)将获得的挤压棒材通过室温多道次小应变的旋转模锻变形处理，获得棒状的超轻高强镁锂合金。本发明通过采用协调变形能力较好的Mg‑Li合金，经挤压后，通过室温小应变旋转模锻来提高合金的强度和塑性，制备出强度和塑性协同能力较好的镁锂合金。

Description

一种超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法。
背景技术
镁锂合金因超低密度，良好的成形性和阻尼性能等特点，成为航天航空、军事等领域的候选材料。当镁合金中锂元素含量为5.3-10.7％(wt.％)时，合金基体由α-Mg(HCP)和β-Li(BCC)双相组成，在室温下激活的滑移系增加，可更好的协调塑性变形，镁锂合金具有很高的比强度、比刚度和优良的抗震性能及抗高能粒子穿透能力，在航天、航空、兵器工业、核工业、汽车、3C产业、医疗器械等领域具有巨大的发展潜能；但随着Li含量的增加，合金强度降低，限制了其在工业方面的广泛应用。
目前应用最多的商用变形镁合金系主要有AZ、AM、ZK和Mg-RE系。AZ和AM系合金，价格便宜，但绝对强度和屈强比均较低，应用受到限制；ZK系合金如ZK60，挤压后屈服强度介于240～250MPa，抗拉强度达到325～340MPa，延伸率介于10～12％，但一般具有较强的变形织构，合金拉压对称性较低。Mg-RE系合金，稀土元素的添加，可激发非基面滑移，从而达到弱化变形织构并提高合金力学性能的目的。然而，稀土元素的添加，增加了合金的密度，不利于节能减排的环保理念。
目前，提升镁锂合金强度的方法主要是通过大塑性变形，例如等通道弯角挤压，高压扭转和多向锻造等。与铸造镁合金相比，经过挤压、锻造、轧制等塑性成形方法加工的变形镁合金具有更高的强度、更好的延展性，可以满足更多样化结构件的需求。然而，由于镁合金具有密排六方结构，挤压或轧制过程中很容易形成强基面织构，导致镁合金成形性和塑性差，并表现出力学性能各向异性和拉压屈服不对称性，这已成为阻碍变形镁合金大规模应用的瓶颈问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，其通过采用协调变形能力较好的Mg-Li合金，经挤压后，通过室温小应变旋转模锻来提高合金的强度和塑性，制备出强度和塑性协同能力较好的镁锂合金。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，包括以下步骤：
A)获取以下原材料：纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁锆中间合金、或镁钙中间合金、或镁铈中间合金；
B)将步骤A)中获取的纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁锆中间合金、或镁钙中间合金、或镁铈中间合金置于真空熔炼炉中熔炼获得合金熔体；
C)将步骤B)制备所得的合金熔体进行浇铸成型后，冷却，进行机械加工处理，获得合金铸锭；
D)对步骤C)中的合金铸锭进行预热和挤压成型，获得镁锂合金的挤压棒材；
E)将步骤D)中获得的挤压棒材通过室温多道次小应变的旋转模锻变形处理，获得棒状的超轻高强镁锂合金。
优选地，其中以质量分数计，所述原材料的化学元素组成包括：Li:5.0-7.0％、Al:2.5-3.5％、Zr:0-0.4％、Ce:0-0.4％、Ca：0-0.4％，其余为镁和不可避免的杂质，所述杂质的总含量小于等于0.3％。
优选地，其中以质量分数计，所述原材料的化学元素组成包括：Li:6.0％、Al:3.0％、Zr:0.4％，其余为镁和不可避免的杂质，所述杂质的总含量小于等于0.3％。
优选地，其中所述步骤C)具体为：将步骤B)获得的合金熔体在温度700-720℃下，去除废渣并搅拌均匀后，静置5-10分钟，然后浇注到直径为90mm、长度为300mm的不锈钢模具中成型，然后在真空室中自然冷却后取出，再通过车削加工成直径为
Figure BDA0003521067300000021
的合金铸锭。
优选地，其中所述步骤D)具体为：将步骤C)所得的合金铸锭，放置于加热炉中预热，然后将预热好的合金铸锭在挤压机中选用
Figure BDA0003521067300000022
的模具挤压成型后，冷却至室温，获得镁锂合金的挤压棒材。
优选地，其中所述冷却条件为通过风机进行风冷。
优选地，其中所述预热的温度为265-275℃，时间为0.5-1小时；所述挤压成型的条件为：挤压比为(20-30):1，挤压速度为1-2m/min，挤压温度为265-275℃。
优选地，其中所述预热的温度为270℃，所述预热的时间为1小时；所述挤压成型的条件为：挤压比为25:1，挤压速度为1.5m/min；挤压温度为270℃。
优选地，其中所述步骤E)具体为：将步骤D)中获得的挤压棒材在室温下通过15-24道次的小应变旋转模锻变形处理，且每次以0.04-0.48mm的径向压缩量进行锻压，最终获得直径为
Figure BDA0003521067300000023
的棒状的超轻高强镁锂合金。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
本申请所提供的超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，通过向Mg-Li-Al合金中加入微量的Ca，或Zr、或Ce，形成Al2Ca，或Al3Zr、或Al-Ce相，这些相可在热挤压过程中钉扎晶界，抑制再结晶晶粒长大，最终达到细化晶粒的作用；同时通过室温多道次小应变旋转模锻变形处理，在α-Mg晶粒内部引入高密度的孪晶和层错，极大地提升了镁锂合金的综合力学性能，制备出超轻高强镁锂合金，其屈服强度为248-349MPa，抗拉强度为344-411MPa；延伸率为8.1-25％；密度为1.543-1.602g/cm3。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1表示实施例1中制备获得的镁锂合金的OM图；
图2表示实施例2中制备获得的镁锂合金的OM图；
图3表示实施例3中制备获得的镁锂合金的OM图；
图4表示实施例4中制备获得的镁锂合金的OM图；
图5表示实施例5中制备获得的镁锂合金的OM图；
图6表示实施例1中制备获得的镁锂合金的SEM图；
图7表示实施例2中制备获得的镁锂合金的SEM图；
图8表示实施例3中制备获得的镁锂合金的SEM图；
图9表示实施例4中制备获得的镁锂合金的SEM图；
图10表示实施例5中制备获得的镁锂合金的SEM图；
图11表示实施例1所制备的超轻高强镁锂合金的应力应变图；
图12表示实施例2所制备的超轻高强镁锂合金的应力应变图；
图13表示实施例3所制备的超轻高强镁锂合金的应力应变图；
图14表示实施例4所制备的超轻高强镁锂合金的应力应变图；
图15表示实施例5所制备的超轻高强镁锂合金的应力应变图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围值在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。
除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。
本文的材料、方法和实施例均是示例性的，并且除非特别说明，不应理解为限制性的。
本发明实施例中采用的纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁锆中间合金、镁钙中间合金和镁铈中间合金为市购产品。
本发明实施例中采用的拉伸机型号为UTM4104，金相显微镜型号为OLYMPUS PMG3；扫描电镜型号为JSM-7800F。
本发明实施例中镁锭的纯度为≥99.95％、铝锭的纯度为≥99.97％；
本发明实施例中镁锂中间合金、镁锆中间合金、镁钙中间合金和镁铈中间合金统称镁中间合金，镁中间合金的锂、锆、钙和铈分别占镁中间合金总质量的10-20％；
本发明实施例中，将真空炉抽真空至2.5×10-1Pa，再充入氩气作为保护气体，直至真空炉全部在保护气体氩气的氛围下进行熔炼。
实施例1
本发明所提供的超轻高强镁锂合金，具有如下质量分数的组分：
Li:5.0％、Al:3.0％、Ca：0.4％，其余为镁和不可避免杂质，所述杂质总含量小于等于0.3％。
本实施例还公开了该超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，包括以下步骤：
1)获取以下原材料：准备纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁钙中间合金；
2)在氩气的保护下，将纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁钙中间合金按上述质量分数的比例放入坩埚中置于真空炉升温，升温至720℃，直至所有原材料完全熔化，得合金熔体；
3)将步骤2)所得的合金熔体在温度710℃下搅拌至所有原材料混合均匀后，去除合金熔体表面的浮渣，静置5分钟，随后浇注到直径为90mm，长度为300mm的不锈钢模具中成型，然后在真空室中自然冷却后取出，再通过车削加工成直径为80mm的合金铸锭；
4)将步骤3)所得的合金铸锭，放置于加热炉中预热，预热的温度为265℃，预热的时间为1小时；然后将预热好的合金铸锭在挤压比为25:1，挤压速度为1-2m/min，挤压温度为270℃的挤压机中，选用直径为16mm的模具挤压成型后，风冷至室温，获得镁锂合金的挤压棒材。
5)将步骤4)中获得的挤压棒材在室温下通过15道次的小应变旋转模锻变形处理，具体实验操作如下：第一道下压量为0.36mm；第二道下压量为0.43mm；第三道下压量为0.31mm；第四道下压量为0.06mm；第五道下压量为0.19mm；第六道下压量为0.05mm；第七道下压量为0.09mm；第八道下压量为0.23mm；第九道下压量为0.37mm；第十道下压量为0.05mm；第十一道下压量为0.26mm；第十二道下压量为0.21mm；第十三道下压量为0.04mm；第十四道下压量为0.05mm；第十五道下压量为0.2mm；最终获得直径为12.9-13.1mm的棒状的超轻高强镁锂合金。
本实施例对经过步骤D)挤压工艺制备所得的镁锂合金以及经过步骤E)旋转模锻制备方法获得的镁锂合金的力学性能进行测试，结果为：经过挤压工艺制备所得的挤压棒材的性能指标为：屈服强度为156MPa，抗拉强度为250MPa，延伸率为17.8％，密度为1.602g/cm3；经过旋转模锻制备方法所得的镁锂合金材料的性能指标为：屈服强度为285MPa，抗拉强度为377.7MPa，延伸率为10.8％，密度为1.602g/cm3。
本实施例经旋转模锻制备方法获得的超轻高强镁锂合金的OM图如图1所示，SEM图如图6所示，应力应变曲线如图11所示。
实施例2
本发明所提供的超轻高强镁锂合金，具有如下质量分数的组分：
Li:5.0％、Al:3.0％、Ce：0.4％，其余为镁和不可避免杂质，所述杂质总含量小于等于0.3％。
本实施例还公开了该超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，包括以下步骤：
1)获取以下原材料：准备纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁铈中间合金；
2)在氩气的保护下，将纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁铈中间合金按上述质量分数的比例放入坩埚中置于真空炉升温，升温至720℃，直至所有原材料完全熔化，得合金熔体；
3)将步骤2)所得的合金熔体在温度700℃下搅拌至所有原材料混合均匀后，去除合金熔体表面的浮渣，静置5分钟，随后浇注到直径为90mm，长度为300mm的不锈钢模具中成型，然后在真空室中自然冷却后取出，再通过车削加工成直径为80mm的合金铸锭；
4)将步骤3)所得的合金铸锭，放置于加热炉中预热，预热的温度为275℃，预热的时间为0.5小时；然后将预热好的合金铸锭在挤压比为20:1，挤压速度为1-2m/min，挤压温度为275℃的挤压机中，并选用直径为16mm的模具挤压成型后，风冷至室温，获得镁锂合金的挤压棒材。
5)将步骤4)中获得的挤压棒材在室温下通过22道次的小应变旋转模锻变形处理，具体实验操作如下：第一道下压量为0.48mm；第二道下压量为0.39mm；第三道下压量为0.23mm；第四道下压量为0.05mm；第五道下压量为0.32mm；第六道下压量为0.09mm；第七道下压量为0.29mm；第八道下压量为0.33mm；第九道下压量为0.09mm；第十道下压量为0.28mm；第十一道下压量为0.15mm；第十二道下压量为0.08mm；第十三道下压量为0.1mm；第十四道下压量为0.11mm；第十五道下压量为0.04mm；第十六道下压量为0.32mm；第十七道下压量为0.19mm；第十八道下压量为0.12mm；第十九道下压量为0.12mm；第二十道下压量为0.04mm；第二十一道下压量为0.11mm；第二十二道下压量为0.3mm；最终获得直径为11.70-11.91mm的棒状的超轻高强镁锂合金；
本实施例对经过步骤D)挤压工艺制备所得的镁锂合金以及经过步骤E)旋转模锻制备方法获得的镁锂合金的力学性能进行测试，结果为：经过挤压工艺制备所得的挤压棒材的性能指标为：屈服强度为143.7MPa，抗拉强度为252.2MPa，延伸率为21.1％，密度为1.601g/cm3；经过旋转模锻工艺制备所得的镁合金材料的性能指标为：屈服强度为260.8MPa，抗拉强度为385.4MPa，延伸率为8.1％，密度为1.601g/cm3；
本实施例经旋转模锻制备方法获得的超轻高强镁锂合金的OM图如图2所示，SEM图如图7所示，应力应变曲线如图12所示。
实施例3
本发明所提供的超轻高强镁锂合金，具有如下质量分数的组分：
Li:6.0％、Al:3.0％、Ca：0.4％，其余为镁和不可避免杂质，所述杂质总含量小于等于0.3％。
本实施例还公开了该超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，包括以下步骤：
1)获取以下原材料：准备纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁钙中间合金；
2)在氩气的保护下，将纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁钙中间合金按上述质量分数的比例放入坩埚中置于真空炉升温，升温至720℃，直至所有原材料完全熔化，得合金熔体；
3)将步骤2)所得的合金熔体在温度710℃下搅拌至所有原材料混合均匀后，去除合金熔体表面的浮渣，静置8分钟，随后浇注到直径为90mm，长度为300mm的不锈钢模具中成型，然后在真空室中自然冷却后取出，再通过车削加工成直径为80mm的合金铸锭；
4)将步骤3)所得的合金铸锭，放置于加热炉中预热，预热的温度为265℃，预热的时间为0.8小时；然后将预热好的合金铸锭在挤压比为25:1，挤压速度为1-2m/min，挤压温度为265℃的挤压机中，并选用直径为16mm的模具挤压成型后，风冷至室温，获得镁锂合金的挤压棒材。
5)将步骤4)中获得的挤压棒材在室温下通过17道次的小应变旋转模锻变形处理，具体实验操作如下：第一道下压量为0.43mm；第二道下压量为0.36mm；第三道下压量为0.4mm；第四道下压量为0.13mm；第五道下压量为0.23mm；第六道下压量为0.21mm；第七道下压量为0.46mm；第八道下压量为0.26mm；第九道下压量为0.22mm；第十道下压量为0.04mm；第十一道下压量为0.09mm；第十二道下压量为0.07mm；第十三道下压量为0.13mm；第十四道下压量为0.24mm；第十五道下压量为0.21mm；第十六道下压量为0.09mm；第十七道下压量为0.04mm；最终获得直径为12.32-12.48mm的棒状的超轻高强镁锂合金；
本实施例对经过步骤D)挤压工艺制备所得的镁锂合金以及经过步骤E)旋转模锻制备方法获得的镁锂合金的力学性能进行测试，结果为：经过挤压工艺制备所得的挤压棒材的性能指标为：屈服强度为144.5MPa，抗拉强度为250.2MPa，延伸率为22.2％，密度为1.599g/cm3；经过旋转模锻工艺制备所得的镁合金材料的性能指标为：屈服强度为248MPa，抗拉强度为353MPa，延伸率为12.3％，密度为1.599g/cm3。
本实施例经旋转模锻制备方法获得的超轻高强镁锂合金的OM图如图3所示，SEM图如图8所示，应力应变曲线如图13所示。
实施例4
本发明所提供的超轻高强镁锂合金，具有如下质量分数的组分：
Li:6.0％、Al:3.0％、Zr：0.4％，其余为镁和不可避免杂质，所述杂质总含量小于等于0.3％。
本实施例还公开了该超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，包括以下步骤：
1)获取以下原材料：准备纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁锆中间合金；
2)在氩气的保护下，将纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁锆中间合金按上述质量分数的比例放入坩埚中置于真空炉升温，升温至720℃，直至所有原材料完全熔化，得合金熔体；
3)将步骤2)所得的合金熔体在温度710℃下搅拌至所有原材料混合均匀后，去除合金熔体表面的浮渣，静置10分钟，随后浇注到直径为90mm，长度为300mm的不锈钢模具中成型，然后在真空室中自然冷却后取出，再通过车削加工成直径为80mm的合金铸锭；
4)将步骤3)所得的合金铸锭，放置于加热炉中预热，预热的温度为270℃，预热的时间为0.5小时；然后将预热好的合金铸锭在挤压比为25:1，挤压速度为1-2m/min，挤压温度为270℃的挤压机中，并选用直径为16mm的模具挤压成型后，风冷至室温，获得镁锂合金的挤压棒材。
5)将步骤4)中获得的挤压棒材在室温下通过20道次的小应变旋转模锻变形处理，具体实验操作如下：第一道下压量为0.43mm；第二道下压量为0.33mm；第三道下压量为0.37mm；第四道下压量为0.23mm；第五道下压量为0.12mm；第六道下压量为0.29mm；第七道下压量为0.38mm；第八道下压量为0.04mm；第九道下压量为0.26mm；第十道下压量为0.23mm；第十一道下压量为0.11mm；第十二道下压量为0.05mm；第十三道下压量为0.13mm；第十四道下压量为0.26mm；第十五道下压量为0.23mm；第十六道下压量为0.04mm；第十七道下压量为0.13mm；第十八道下压量为0.04mm；第十九道下压量为0.17mm；第二十道下压量为0.22mm；最终获得直径为11.9-12.0mm的棒状的超轻高强镁锂合金；
本实施例对经过步骤D)挤压工艺制备所得的镁锂合金以及经过步骤E)旋转模锻制备方法获得的镁锂合金的力学性能进行测试，结果为：经过挤压工艺制备所得的挤压棒材的性能指标为：屈服强度为144.5MPa，抗拉强度为250.2MPa，延伸率为22.2％，密度为1.593g/cm3；经过旋转模锻工艺制备所得的镁合金材料的性能指标为：屈服强度为349MPa，抗拉强度为411MPa，延伸率为15％，密度为1.593g/cm3；
本实施例经旋转模锻制备方法获得的超轻高强镁锂合金的OM图如图4所示，SEM图如图9所示，应力应变曲线如图14所示。
实施例5
本发明所提供的超轻高强镁锂合金，具有如下质量分数的组分：
Li:7.0％、Al:3.0％、Ca：0.4％，其余为镁和不可避免杂质，所述杂质总含量小于等于0.3％。
本实施例还公开了该超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，包括以下步骤：
1)获取以下原材料：准备纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁钙中间合金；
2)在氩气的保护下，将纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁钙中间合金按上述质量分数的比例放入坩埚中置于真空炉升温，升温至720℃，直至所有原材料完全熔化，得合金熔体；
3)将步骤2)所得的合金熔体在温度710℃下搅拌至所有原材料混合均匀后，去除合金熔体表面的浮渣，静置5分钟，随后浇注到直径为90mm，长度为300mm的不锈钢模具中成型，然后在真空室中自然冷却后取出，再通过车削加工成直径为80mm的合金铸锭；
4)将步骤3)所得的合金铸锭，放置于加热炉中预热，预热的温度为270℃，预热的时间为1小时；然后将预热好的合金铸锭在挤压比为25:1，挤压速度为1-2m/min，挤压温度为270℃的挤压机中，并选用直径为16mm的模具挤压成型后，风冷至室温，获得镁锂合金的挤压棒材。
5)将步骤4)中获得的挤压棒材在室温下通过24道次的小应变旋转模锻变形处理，具体实验操作如下：第一道下压量为0.48mm；第二道下压量为0.29mm；第三道下压量为0.39mm；第四道下压量为0.23mm；第五道下压量为0.07mm；第六道下压量为0.14mm；第七道下压量为0.27mm；第八道下压量为0.35mm；第九道下压量为0.06mm；第十道下压量为0.25mm；第十一道下压量为0.24mm；第十二道下压量为0.05mm；第十三道下压量为0.08mm；第十四道下压量为0.08mm；第十五道下压量为0.1mm；第十六道下压量为0.08mm；第十七道下压量为0.2mm；第十八道下压量为0.13mm；第十九道下压量为0.1mm；第二十道下压量为0.07mm；第二十一道下压量为0.07mm；第二十二道下压量为0.17mm；第二十三道下压量为0.27mm；第二十四道下压量为0.19mm，最终获得直径为11.58-11.75mm的棒状的超轻高强镁锂合金；本实施例对经过步骤D)挤压工艺制备所得的镁锂合金以及经过步骤E)旋转模锻制备方法获得的镁锂合金的力学性能进行测试，结果为：经过挤压工艺制备所得的挤压棒材的性能指标为：屈服强度为165.3MPa，抗拉强度为222.1MPa，延伸率为22.6％，密度为1.543g/cm3；经过旋转模锻工艺制备所得的镁合金材料的性能指标为：屈服强度为290MPa，抗拉强度为344MPa，延伸率为25％，密度为1.543g/cm3。
本实施例经旋转模锻制备方法获得的超轻高强镁锂合金的OM图如图5所示，SEM图如图10所示，应力应变曲线如图15所示。
对比例1
本对比例涉及一种超轻高强镁锂合金，所述镁锂合金的组分与实施例1相同，所述镁锂合金的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于模锻道次为10。
本实施例对经过步骤E)旋转模锻工艺制备的镁锂合金的力学性能进行测试，其结果为：屈服强度为230MPa，抗拉强度为308.8MPa，延伸率为13.9％，密度为1.602g/cm3。
对比例1与实施例1对比性能降低很多，考虑为旋转模锻道次不够，在合金内部引入的位错，孪晶和层错数量较低，导致合金力学性能偏低，进而说明镁合金基体需要足够数量的亚结构来强化合金性能。
对比例2
本对比例涉及一种超轻高强镁锂合金，镁锂合金的组分与实施例2相同，镁锂合金的制备方法与实施例2基本相同，不同之处在于模锻压下量为0.50-0.54mm。
本实施例对经过步骤E)旋转模锻工艺制备的镁锂合金材料的力学性能进行测试，其结果为：屈服强度为245.3MPa，抗拉强度为330.3MPa，延伸率为13％，密度为1.601g/cm3；
对比例2与实施例2对比性能较低，考虑为旋转模锻单道次压下量太大，在合金内部引入的大量裂纹，导致合金力学性能较低，进而说明镁合金基体需要合适的单道次压下量来强化合金性能。
对比例3
本对比例涉及一种超轻高强镁锂合金，镁锂合金的组分与实施例3相同，镁锂合金的制备方法与实施例3基本相同，不同之处在于模锻第一道次压下量为0.54mm，随后以0.02-0.1mm的压下量进行旋锻。
本实施例对经过步骤E)旋转模锻工艺制备的镁锂合金材料的力学性能进行测试，其结果为：屈服强度为246.9MPa，抗拉强度为326.5MPa，延伸率为17.3％，密度为1.599g/cm3；
对比例3与实施例3对比强度较低，但塑性较高，考虑为旋转模锻第一道次较大的压下量，在合金内部引入大量的孪晶，位错和层错；随后以0.02-0.1mm的压下量进行旋锻，合金内部亚结构密度逐渐饱和，导致强度较低，但这些亚结构可协调塑性变形，是塑性较高的主要原因。
对比例4
本对比例涉及一种超轻高强镁锂合金，镁锂合金的组分与实施例4相同，镁锂合金的制备方法与实施例4基本相同，不同之处在于模锻压下量为0.01-0.04mm。
本实施例对经过步骤E)旋转模锻工艺制备的镁锂合金材料的力学性能进行测试，其结果为：屈服强度为340MPa，抗拉强度为401MPa，延伸率为14％，密度为1.593g/cm3；
对比例4与实施例4对比力学性能相近，考虑为较小的多道次压下量，在合金内部引入高密度的孪晶，位错和层错，防止了合金内部出现较多裂纹，极大地提升了合金的力学性能，说明单道次较小的压下量有利于制备高强镁锂合金。
对比例5
本对比例涉及一种超轻高强镁锂合金，镁锂合金的组分与实施例5相同，镁锂合金的制备方法与实施例5基本相同，不同之处在于模锻道次第10道次压下量为0.54mm，前后均以0.01-0.04mm的压下量进行旋锻。
本实施例对经过步骤E)旋转模锻工艺制备的镁锂合金材料的力学性能进行测试，其结果为：屈服强度为261.7MPa，抗拉强度为349.8MPa，延伸率为22.1％，密度为1.543g/cm3；
对比例5与实施例5对比强度较低，但塑性较高，分析原因与对比例3类似，说明单道次较大的压下量有利于制备较高塑性的镁锂合金。
对本发明实施例1-5和/或对比例1-5制备所得的超轻高强镁锂合金的微观组织和力学性能进行测试分析，具体如下：
1)微观组织表征
实施例1-5经过旋转模锻工艺制备的超轻高强镁锂合金的OM与SEM图分别如图1-5和图6-10所示。可以看出，挤压态镁锂合金材料经旋锻模锻变形后，α-Mg晶粒内部存在高密度的孪晶，这些孪晶可阻碍位错运动和维持加工硬化，这是镁锂合金旋锻后强度较高的主要原因。
2)力学性能测试
采用GB228-2000标准，将本发明实施例1-5和对比例1-5中旋转模锻后的超轻高强镁锂合金样品加工成标准拉伸试样，拉伸样品为片状，横截面积为2mm*3mm，标距为8mm，试样的拉伸方向与旋锻进料方向相同，具体力学性能数值如表1所示，其中图11-15分别为实施例1-5中超轻高强镁锂合金在室温下的应力应变图。
表1 实施例1-5和对比例1-5中超轻高强镁锂合金室温下的力学性能
Figure BDA0003521067300000111
由上表可以看出，本发明所提供的超轻高强镁锂合金在室温下具有较高的强度；这是由于合金经在室温下经过多道次特定下压量的小应变旋转模锻后，在α-Mg晶粒内部引入高密度的孪晶和层错，这些孪晶和层错可阻碍位错运动和维持加工硬化，极大地提升了镁锂合金的综合力学性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)获取以下原材料：纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁锆中间合金、或镁钙中间合金、或镁铈中间合金；
B)将步骤A)中获取的纯镁锭、纯铝锭、镁锂中间合金、镁锆中间合金、或镁钙中间合金、或镁铈中间合金置于真空熔炼炉中熔炼获得合金熔体；
C)将步骤B)制备所得的合金熔体进行浇铸成型后，冷却，进行机械加工处理，获得合金铸锭；
D)对步骤C)中的合金铸锭进行预热和挤压成型，获得镁锂合金的挤压棒材；
E)将步骤D)中获得的挤压棒材通过室温多道次小应变的旋转模锻变形处理，获得棒状的超轻高强镁锂合金。
2.根据权利要求1所述的超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，其特征在于，以质量分数计，所述原材料的化学元素组成包括：Li:5.0-7.0％、Al:2.5-3.5％、Zr:0-0.4％、Ce:0-0.4％、Ca：0-0.4％，其余为镁和不可避免的杂质，所述杂质的总含量小于等于0.3％。
3.根据权利要求2所述的超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，其特征在于，以质量分数计，所述原材料的化学元素组成包括：Li:6.0％、Al:3.0％、Zr:0.4％，其余为镁和不可避免的杂质，所述杂质的总含量小于等于0.3％。
4.根据权利要求2或3所述的超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，其特征在于，所述步骤C)具体为：将步骤B)获得的合金熔体在温度700-720℃下，去除废渣并搅拌均匀后，静置5-10分钟，然后浇注到直径为90mm、长度为300mm的不锈钢模具中成型，然后在真空室中自然冷却后取出，再通过车削加工成直径为
Figure FDA0003521067290000011
的合金铸锭。
5.根据权利要求4所述的超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，其特征在于，所述步骤D)具体为：将步骤C)所得的合金铸锭，放置于加热炉中预热，然后将预热好的合金铸锭在挤压机中选用
Figure FDA0003521067290000012
的模具挤压成型后，冷却至室温，获得镁锂合金的挤压棒材。
6.根据权利要求5所述的超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，其特征在于，所述冷却条件为通过风机进行风冷。
7.根据权利要求6所述的超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，其特征在于，所述预热的温度为265-275℃，时间为0.5-1小时；所述挤压成型的条件为：挤压比为(20-30):1，挤压速度为1-2m/min，挤压温度为265-275℃。
8.根据权利要求7所述的超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，其特征在于，所述预热的温度为270℃，所述预热的时间为1小时；所述挤压成型的条件为：挤压比为25:1，挤压速度为1.5m/min；挤压温度为270℃。
9.根据权利要求1所述的超轻高强镁锂合金的旋转模锻制备方法，其特征在于，所述步骤E)具体为：将步骤D)中获得的挤压棒材在室温下通过15-24道次的小应变旋转模锻变形处理，且每次以0.04-0.48mm的径向压缩量进行锻压，最终获得直径为
Figure FDA0003521067290000021
的棒状的超轻高强镁锂合金。
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