本文選題：鎂鋰合金　切入點(diǎn)：累積疊軋　出處：《哈爾濱工程大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鎂鋰合金由于具有密度較低、電磁屏蔽性能好等優(yōu)點(diǎn),近年來逐漸成為航空航天、兵器裝備、汽車、電子等領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ母咝录夹g(shù)新材料。然而,現(xiàn)有的鎂鋰合金結(jié)構(gòu)件仍存在著強(qiáng)度較低等問題,制約了其進(jìn)一步的應(yīng)用推廣。累積疊軋技術(shù)被認(rèn)為是唯一的能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)晶材料的劇烈塑性變形技術(shù),利用該技術(shù)制備的超細(xì)晶材料具有較高的強(qiáng)度。本文首先利用常規(guī)累積疊軋工藝和交叉累積疊軋工藝分別制備了6道次質(zhì)量良好的Mg-5Li-1Al板材。板材界面數(shù)隨著軋制道次的增加而增加,后續(xù)道次軋制有助于進(jìn)一步提高之前道次形成界面的結(jié)合效果,當(dāng)總變形量大于90.89%時,界面完全消失,復(fù)合板材完全結(jié)合,靜態(tài)再結(jié)晶是Mg-5Li-1Al板材界面進(jìn)一步形成牢固結(jié)合的重要原因。累積疊軋可有效細(xì)化Mg-5Li-1Al合金的組織,經(jīng)過6道次常規(guī)累積疊軋后,合金平均晶粒尺寸達(dá)到100 nm,組織均勻性顯著提高。交叉累積疊軋可以在一定程度上提高M(jìn)g-5Li-1Al合金的組織均勻性并細(xì)化晶粒,但晶粒細(xì)化速率相比常規(guī)累積疊軋稍慢。常規(guī)累積疊軋過程中,Mg-5Li-1Al合金的變形機(jī)制為以孿生變形為主轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟凶冃涡纬珊暧^剪切帶,進(jìn)而發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。晶粒細(xì)化機(jī)制為首先發(fā)生孿生動態(tài)再結(jié)晶,隨后以旋轉(zhuǎn)動態(tài)再結(jié)晶為主。交叉累積疊軋過程中,Mg-5Li-1Al合金的變形機(jī)制為以孿生變形為主轉(zhuǎn)變?yōu)榛谱冃?最后為剪切變形。晶粒細(xì)化機(jī)制為首先發(fā)生孿生動態(tài)再結(jié)晶,中間道次為連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶,最后為旋轉(zhuǎn)動態(tài)再結(jié)晶。隨著累積疊軋道次的增加,Mg-5Li-1Al板材的硬度和強(qiáng)度整體上均呈現(xiàn)升高趨勢,而延伸率發(fā)生不同程度的變化。累積疊軋道次的增加和道次間改變軋制方向均可一定程度上改善復(fù)合板材力學(xué)性能上的各向異性,交叉累積疊軋同時有利于Mg-Li合金復(fù)合板材塑性變形能力的提高。累積疊軋過程中,Mg-5Li-1Al合金的強(qiáng)化方式主要是細(xì)晶強(qiáng)化和加工硬化,復(fù)合板材的界面結(jié)合狀況及界面間氧化物也很大程度上影響了其自身的力學(xué)性能。同時,各道次Mg-5Li-1Al板材均表現(xiàn)為典型的鎂合金軋制織構(gòu)。隨著ARB道次的增加,基面織構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng),合金晶粒c軸沿RD方向偏轉(zhuǎn)程度先增加后降低。此外,非基面滑移系也有所啟動,并表現(xiàn)為錐面滑移系的啟動。CARB過程中,隨著軋制方向的改變,各晶面極圖極密度最大區(qū)域均發(fā)生90°旋轉(zhuǎn),合金晶粒c軸偏轉(zhuǎn)程度減弱,同時,棱柱面和錐面滑移系均有所啟動。其次,利用累積疊軋工藝制備了 5道次Mg-8Li-3Al-1Zn板材,板材界面剪切強(qiáng)度比Mg-5Li-lAl板材稍高,各板材之間的結(jié)合均為同相之間的結(jié)合,且多以α相結(jié)合為主。累積疊軋工藝同樣可以細(xì)化Mg-8Li-3Al-1Zn合金的組織,細(xì)化過程以β相尖端和α、β兩相交界處為起點(diǎn)并逐漸擴(kuò)展至整個區(qū)域,最終得到細(xì)小均勻的彌散分布組織。同時,隨著累積疊軋道次的增加,顆粒狀的AlLi相和MgLi2Al相逐漸細(xì)化,最終彌散分布于合金基體中。在累積疊軋過程中,Mg-8Li-3Al-1Zn合金的硬度和強(qiáng)度持續(xù)升高,而延伸率則呈現(xiàn)先減小后少量升高的趨勢,但在整個累積疊軋過程中,延伸率一直維持在11.0%～15.0%范圍內(nèi)。Mg-8Li-3Al-1Zn合金的主要強(qiáng)化方式為細(xì)晶強(qiáng)化、加工硬化和第二相粒子強(qiáng)化。最后,利用累積疊軋工藝制備了 6道次α/β交替Mg-Li合金復(fù)合板材,復(fù)合板材結(jié)合了 Mg-5Li-1Al合金高強(qiáng)度和Mg-12Li-1Al合金良好塑韌性的優(yōu)點(diǎn),由于界面“搓軋區(qū)”的形成,復(fù)合板材界面結(jié)合效果良好。隨著累積疊軋道次的增加,Mg-5Li-1Al合金與Mg-12Li-1Al合金的硬度整體上均呈現(xiàn)升高趨勢。同時,復(fù)合板材的強(qiáng)度先升高后保持穩(wěn)定,而延伸率在前幾道次小幅下降,第5道次后又有所升高。α/β交替Mg-Li合金復(fù)合板材中,Mg-5Li-1Al合金的織構(gòu)類型為典型的鎂合金軋制織構(gòu),織構(gòu)強(qiáng)度隨著軋制道次的增加先升高后降低,Mg-12Li-1Al合金的變形主要表現(xiàn)為(110)中溫滑移面的滑移,(321)高溫滑移面隨著軋制累積應(yīng)變量的增加也有所激活。為了進(jìn)一步提高α/β交替Mg-Li合金復(fù)合板材的界面結(jié)合強(qiáng)度和綜合力學(xué)性能,本文將復(fù)合板材在不同退火溫度(250℃、300℃、350℃、400℃、450℃)和退火時間(15min、30min、60min、120min)下進(jìn)行了退火處理。經(jīng)過退火處理后,復(fù)合板材Mg-5Li-1Al合金上靠近界面處產(chǎn)生兩層一定厚度的擴(kuò)散區(qū),隨著退火溫度的升高和退火時間的延長,擴(kuò)散區(qū)厚度逐漸增加,且擴(kuò)散層1中組織沿擴(kuò)散方向只形成單排晶粒,晶粒尺寸隨擴(kuò)散區(qū)厚度的增加而長大。通過ToF-SIMS、XRD和TEM綜合測試分析可知,擴(kuò)散層1主要組成為Li3Mg7化合物,擴(kuò)散層2主要組成為Li0.92Mg4.08化合物。α/β交替Mg-Li合金ARB1復(fù)合板材的界面結(jié)合強(qiáng)度、強(qiáng)度和延伸率均發(fā)生不同長度的改變。綜合比較Mg-Li合金復(fù)合板材的顯微組織、界面結(jié)合性能和拉伸性能,復(fù)合板材的最佳退火工藝為350℃/30min和400℃/15min。ARB6復(fù)合板材由于累積應(yīng)變量增大,兩合金完成再結(jié)晶所需時間有所增長,400℃/30min退火處理后復(fù)合板材具有最佳綜合力學(xué)性能。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.22;TG335.5

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