【摘要】：在Mg-9Li雙相合金中添加0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)Ca元素,通過磁懸浮熔煉及銅模吸鑄方法熔煉制備了共晶型Mg-9Li-0.5Ca合金。組織觀察表明,常規(guī)Mg-9Li雙相合金中形成的α-Mg相為粗大短板條狀,取向隨機(jī)、均勻無序分布于β-Li基體中。而Mg-9Li-0.5Ca合金中形成了棒狀交替排列的(α-Mg+β-Li)共晶團(tuán)組織,在共晶團(tuán)內(nèi),α-Mg相呈長(zhǎng)纖維狀(長(zhǎng)寬比約為100)、并以一定取向定向排列;相比于Mg-9Li合金,共晶a-Mg相纖維間距及纖維直徑顯著減小、組織明顯細(xì)化,a-Mg相體積分?jǐn)?shù)顯著增加;同時(shí),大量納米、亞微米級(jí)Mg_2Ca顆粒均勻彌散分布于α-Mg、β-Li晶粒內(nèi)及兩相界面上。由此導(dǎo)致具有該共晶組織的Mg-9Li-0.5Ca合金相比于Mg-9Li合金力學(xué)性能顯著增加,室溫拉伸屈服強(qiáng)度提高3%、抗拉強(qiáng)度提高3.5%,伸長(zhǎng)率提高50%。分析表明,微量Ca元素的添加和銅模吸鑄產(chǎn)生的較快的冷卻速度,誘發(fā)Mg-9Li雙相中細(xì)小(α-Mg+β-Li)共晶組織的形成,顯著提高力學(xué)性能。
【圖文】：

第1期邊麗萍等：Mg-9Li-0.5Ca雙相合金中共晶組織的形成及力學(xué)行為·267·圖1Mg-9Li-XCa合金在不同放大倍數(shù)下的微觀組織Fig.1MicrostructuresofMg-9Li-XCaalloyatdifferentmagnifications:(a~c)X=0;(d~f)X=0.53~4m，平均長(zhǎng)度約為25m，長(zhǎng)/寬比為8；個(gè)別晶粒呈約5m的塊狀；這些板條狀或塊狀-Mg相取向隨機(jī)、均勻無序分布于-Li基體中。Mg-9Li合金中添加0.5%Ca后，如圖1d~1f所示，組織中形成了-Mg與-Li棒狀交替排列的共晶型組織結(jié)構(gòu)，共晶團(tuán)尺寸為50~100m（圖1e），個(gè)別胞尺寸可達(dá)150~200m（圖1e中線圈所示）。胞內(nèi)-Mg相呈長(zhǎng)纖維狀，纖維直徑約為1m、平均長(zhǎng)度約為100m，長(zhǎng)/寬比高達(dá)約100，層片間距為1~2m。相比于Mg-9Li合金，Mg-9Li-0.5Ca合金中共晶-Mg相纖維直徑及間距顯著減孝組織更為細(xì)密、-Mg相體積分?jǐn)?shù)顯著增加。在共晶團(tuán)間交界處，存在大量更為細(xì)小的幾個(gè)微米長(zhǎng)度的棒狀或粒狀-Mg相。此外，如圖1d~1f所示，Mg-9Li-0.5Ca合金中存在大量納米、亞微米級(jí)Mg2Ca顆粒相，大部分顆粒均勻彌散分布于-Mg、-Li晶粒內(nèi)及兩相界面上（圖1d，1e金相照片中為黑色小顆粒；圖1fSEM照片中為白色小顆粒）；而在個(gè)別局部區(qū)域，也可發(fā)現(xiàn)細(xì)小Mg2Ca顆粒的聚集區(qū)（圖1d中箭頭所示），表明這些超細(xì)Mg2Ca顆粒具有團(tuán)聚傾向。由Mg-Li合金相圖可知，Mg-Li二元共晶點(diǎn)成分為Mg-7.3%Li處，則Mg-9Li成分屬于過共晶成分區(qū)域，其凝固路徑為初生-Li+(-Mg+-Li)離異共晶組織。而本研究中，，添加0.5%Ca后，Mg-9Li合金中出現(xiàn)了典型的棒狀-Mg和-Li交替排列的（-Mg+-Li）規(guī)則共生共晶型組織，-Mg、-Li相的相對(duì)含量發(fā)生明顯變化。這表明微量Ca的添加，使Mg-Li二元共晶成分點(diǎn)發(fā)生偏移，以致在Mg-9Li合金中由過共晶組織轉(zhuǎn)變成共晶型為主的組織，共晶由離異生長(zhǎng)方?

MPa、153.8MPa、72%，較Mg-9Li合金分別提高3%、3.5%、50%。由拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線所圍面積看，Mg-9Li-0.5Ca合金的斷裂韌性顯著高于Mg-9Li合金。Mg-9Li-0.5Ca合金形成的-Mg+-Li共晶組織中，超細(xì)尺度纖維狀-Mg相大的長(zhǎng)/寬比（~100）及其“交錯(cuò)排列的有序結(jié)構(gòu)”是該合金強(qiáng)度塑韌性顯著提高的主要原因。其中，纖維狀-Mg相間較軟的-Li相以剪切變形的形式大量釋放斷裂能，對(duì)纖維狀-Mg相及-Mg/-Li相界面的沖擊破壞起到緩沖，保護(hù)和均勻內(nèi)應(yīng)力的作用，從而大大提高合金的斷裂韌性[18,19]。此外，這種亞微米尺度的長(zhǎng)纖維有圖2Mg-9Li-XCa合金的XRD圖譜Fig.2XRDpatternsofMg-9Li-XCaalloys圖3Mg-9Li-XCa合金室溫拉伸工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.3Tensileengineeringstress-straincurvesofMg-9Li-XCaalloysatambienttemperature序結(jié)構(gòu)通過裂紋偏轉(zhuǎn)機(jī)制[20,21]，有效地抑制了裂紋的擴(kuò)展與增殖，從而大大提高了Mg-9Li-0.5Ca合金的塑韌性。此外，Mg-9Li-0.5Ca合金中均勻彌散分布于-Li基體、-Mg晶粒、-Mg/-Li基體相界面處的大量超細(xì)尺度Mg2Ca顆粒的存在也起到了明顯的彌散強(qiáng)化作用。因此，Mg-9Li-0.5Ca合金中由于具有大長(zhǎng)/寬比的超細(xì)纖維狀-Mg相的大量形成及其交錯(cuò)有序排列結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)韌化效果遠(yuǎn)高于Mg-9Li合金中粗大短板條狀-Mg晶粒的強(qiáng)韌化作用。3結(jié)論1)不同于常規(guī)Mg-9Li雙相合金中形成的粗大板條狀、取向隨機(jī)的-Mg相，Mg-9Li-0.5Ca合金中形成了棒狀交替排列的（-Mg+-Li）共晶團(tuán)組織，在共晶團(tuán)內(nèi)-Mg相呈長(zhǎng)纖維狀、并以一定取向定向排列。相比于Mg-9Li合金，共晶-Mg纖維直徑及間距顯著減孝組織明顯細(xì)化，-Mg相體積分?jǐn)?shù)顯著增加。同時(shí)，大量納米、亞微米級(jí)Mg2Ca顆粒均勻彌散分布于-Mg、-Li晶粒內(nèi)及兩相界面上。2)具有共晶組織的M

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