Mg-Li合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,同時(shí)還具有高比剛度、高比強(qiáng)度以及良好的電磁屏蔽性能等優(yōu)點(diǎn),在航空航天、汽車、軍事和3C等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。但Mg-Li合金存在絕對(duì)強(qiáng)度低、耐腐蝕性差、成本高等缺點(diǎn),極大地限制了其廣泛應(yīng)用。因此,開(kāi)展高強(qiáng)Mg-Li合金成分設(shè)計(jì)、熔煉制備及形變熱處理研究,對(duì)新型高性能低成本超輕Mg-Li合金的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用具有重要的理論和工程實(shí)際意義。本文通過(guò)在雙相Mg-Li合金中添加不同含量Al-5Ti-1B、Al-12.6Si、Mg-30Ca非稀土中間合金來(lái)改變?-Mg、?-Li雙相結(jié)構(gòu)和相對(duì)含量、通過(guò)固溶于基體或形成第二相顆粒來(lái)提高M(jìn)g-Li合金的強(qiáng)度和塑韌性。本試驗(yàn)采用普通重力鑄造方法熔煉制備Mg-Li合金,考察了合金在鑄態(tài)、熱處理及軋制過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變和非稀土中間合金元素對(duì)雙相Mg-Li合金力學(xué)性能的影響規(guī)律;采用XRD、OM、SEM/EDS、TEM對(duì)鑄態(tài)、熱處理及軋制態(tài)Mg-Li合金進(jìn)行物相成分鑒定、微觀組織觀察和斷口分析;采用Instron拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)合金進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試。主要結(jié)論如下:(1)Mg-9Li合金中分別添加微量Al-5Ti-1B、Al-12.6Si、Mg-30Ca三種中間合金后,α-Mg、?-Li雙相結(jié)構(gòu)/含量、第二相顆粒形成等微觀組織及力學(xué)性能規(guī)律差異顯著。Al-5Ti-1B能夠顯著增加Mg-9Li合金中?-Mg相的體積分?jǐn)?shù),形成以粗大?-Mg相為基體的Mg-Li雙相合金,同時(shí)生成大量的MgLi_2Al相及少量彌散分布于?-Li相晶界中的TiB_2細(xì)顆粒,使其抗拉強(qiáng)度有所提升,屈服強(qiáng)度略微下降,塑性顯著降低。Al-12.6Si能夠顯著細(xì)化Mg-9Li合金中的α-Mg相,生成大量MgLi_2Al和Mg_2Si亞微米顆粒,使α-Mg相對(duì)含量降低,Mg-9Li合金屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度提高;但由于脆硬相Mg_2Si的生成,導(dǎo)致其塑性最差。Mg-30Ca對(duì)Mg-9Li合金中的α-Mg相細(xì)化效果最佳,形成高密度納米尺度Mg_2Ca顆粒,使α-Mg相體積分?jǐn)?shù)急劇下降,合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度顯著提高的同時(shí)還具有優(yōu)良的塑性,其綜合力學(xué)性能最佳。(2)鑄態(tài)Mg-9Li-0.5Si(Al-12.6Si)合金中加入Ca可以有效的細(xì)化α-Mg晶粒及Mg_2Si顆粒,并形成(Mg,Al)_2Ca相,使合金的整體力學(xué)性能有所提高。隨著Ca含量從0.25 wt.%增加到1.0 wt.%,α-Mg呈現(xiàn)先細(xì)化后粗化的趨勢(shì)。當(dāng)Ca含量為0.5 wt.%時(shí),α-Mg細(xì)化效果最明顯,在細(xì)晶強(qiáng)化和纖維強(qiáng)化的共同作用下,合金具有最優(yōu)的綜合力學(xué)性能。隨著Ca含量繼續(xù)增加到1.0 wt.%,(Mg,Al)_2Ca網(wǎng)狀共晶相形成,割裂基體,綜合性能整體下降。與鑄態(tài)合金相比,Mg-9Li-0.5Si(Al-12.6Si)-xCa(x=0.25;0.5 wt.%)合金固溶處理3 h并軋制后,晶粒均顯著細(xì)化。當(dāng)Ca含量為0.25 wt.%時(shí),α-Mg被壓扁拉長(zhǎng),在固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和纖維強(qiáng)化的共同作用下,合金的抗拉強(qiáng)度明顯提升;但由于晶界處顆粒狀第二相聚集,產(chǎn)生應(yīng)力集中,導(dǎo)致合金的塑性較差。當(dāng)Ca含量為0.5 wt.%時(shí),α-Mg相體積分?jǐn)?shù)降低,同時(shí)顆粒狀第二相的數(shù)量也減少,合金的綜合力學(xué)性能最好。(3)鑄態(tài)Mg-8.4Li-3(Al-12.6Si)合金中加入0.5 wt.%Al-5Ti-1B可有效細(xì)化α-Mg晶粒和Mg_2Si顆粒,促進(jìn)顆粒均勻分散,使合金的強(qiáng)度明顯提高;當(dāng)Al-5Ti-1B含量提高到1.0 wt.%時(shí),顆粒細(xì)化效果更好、TiB_2顆粒增多且分散均勻,綜合力學(xué)性能最好;但當(dāng)Al-5Ti-1B含量為1.5 wt.%時(shí),TiB_2顆粒團(tuán)聚,降低了合金的強(qiáng)度和塑韌性。與鑄態(tài)合金相比,將加入不同含量x(Al-5Ti-1B)(x=0.5,1.0,1.5 wt.%)的Mg-8.4Li-3(Al-12.6Si)合金軋制后,α-Mg均明顯細(xì)化,強(qiáng)度提高,但由于大量第二相顆粒聚集,造成應(yīng)力集中,伸長(zhǎng)率降低。隨著Al-5Ti-1B含量從0.5增加到1.0 wt.%,α-Mg逐漸細(xì)化,合金的強(qiáng)度逐漸升高。但當(dāng)Al-5Ti-1B中間合金的含量為1.5 wt.%時(shí),α-Mg粗化,強(qiáng)度有所降低;當(dāng)Al-5Ti-1B中間合金的含量為1.0 wt.%時(shí)細(xì)化效果最明顯,綜合力學(xué)性能最好。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TG146.22
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 鎂及鎂合金
        1.1.1 鎂及鎂合金特點(diǎn)及用途
        1.1.2 鎂合金研究進(jìn)展
        1.1.3 鎂合金塑性加工
    1.2 Mg-Li合金概述
        1.2.1 Mg-Li合金特點(diǎn)及用途
        1.2.2 合金元素對(duì)Mg-Li合金的作用
        1.2.3 Mg-Li合金研究進(jìn)展
        1.2.4 存在問(wèn)題
    1.3 本文選題及研究?jī)?nèi)容
        1.3.1 本文選題
        1.3.2 主要內(nèi)容
第二章 材料制備與分析表征
    2.1 試驗(yàn)方案
    2.2 試驗(yàn)材料
        2.2.1 試驗(yàn)原料
        2.2.2 合金成分設(shè)計(jì)
    2.3 材料制備
        2.3.1 合金熔煉
        2.3.2 熱處理
        2.3.3 軋制變形
    2.4 組織分析與性能測(cè)試
        2.4.1 金相顯微鏡組織觀察
        2.4.2 掃描電子顯微鏡組織分析
        2.4.3 X-射線衍射物相分析
        2.4.4 透射電子顯微鏡微觀組織分析
        2.4.5 力學(xué)性能測(cè)試
第三章 微量中間合金對(duì)鑄態(tài)Mg-9Li雙相合金微觀組織及力學(xué)性能的影響
    3.0 引言
    3.1 中間合金組織分析
    3.2 微量Al-5Ti-1B/Al-12.6Si/Mg-30Ca對(duì)鑄態(tài)Mg-9Li合金微觀組織的影響
    3.3 微量Al-5Ti-1B/Al-12.6Si/Mg-30Ca對(duì)鑄態(tài)Mg-9Li合金力學(xué)性能的影響
    3.4 本章小結(jié)
第四章 Mg-30Ca與 Al-5Ti-1B對(duì) Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）合金微觀組織及力學(xué)性能的影響
    4.1 引言
    4.2 Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）-xCa（Mg-30Ca）合金的組織轉(zhuǎn)變與力學(xué)行為
        4.2.1 鑄態(tài)Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）-xCa（Mg-30Ca）合金的微觀組織與力學(xué)性能
        4.2.2 固溶態(tài)Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）-0.25Ca（Mg-30Ca）合金組織轉(zhuǎn)變與力學(xué)行為
        4.2.3 軋制Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）-xCa（Mg-30Ca）合金組織轉(zhuǎn)變與力學(xué)行為
    4.3 鑄態(tài)Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）-0.5（Al-5Ti-1B）合金的微觀組織與力學(xué)性能
    4.4 本章小結(jié)
第五章 Al-5Ti-1B與 Mg-30Ca對(duì) Mg-8.4Li-3（Al-12.6Si）合金組織及力學(xué)性能的影響
    5.1 引言
    5.2 Mg-8.4Li-3（Al-12.6Si）-x（Al-5Ti-1B）合金組織轉(zhuǎn)變與力學(xué)行為
        5.2.1 鑄態(tài)Mg-8.4Li-3（Al-12.6Si）-x（Al-5Ti-1B）合金微觀組織與力學(xué)性能
        5.2.2 軋制態(tài)Mg-8.4Li-3（Al-12.6Si）-x（Al-5Ti-1B）合金微觀組織與力學(xué)性能
    5.3 鑄態(tài)Mg-8.4Li-3（Al-12.6Si）-1.0Ca（Mg-30Ca）合金微觀組織與力學(xué)性能
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
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