本文關鍵詞：Ca添加方式對Mg-Li合金組織與力學性能的影響

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【摘要】：鎂鋰合金作為當前最輕的金屬結構材料,具備密度低、加工性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點,但由于其絕對強度低、高溫穩(wěn)定性及耐腐蝕性差,大大限制了其在工程結構材料方面的應用。合金化是改善其性能最為有效的方法之一。Ca由于能夠與鎂合金中的Mg、Al等形成類似稀土的Laves相化合物,且密度低、儲量大、價格便宜,因而在鎂鋰合金中添加Ca元素成為一個重要的研究方向。本文選取Mg-30Ca、Mg-8Al-18Ca、Mg-10Al-27Ca三種方式,作為中間合金添加到Mg-9Li合金中,考察了不同Ca添加方式對鎂鋰合金組織與力學性能的影響;在確定最佳Ca添加方式基礎上,進一步考察了Ca含量對合金組織及力學性能的影響。本文采取磁懸浮真空熔煉+銅模吸鑄工藝,極大程度減少合金的污染及獲得較快的凝固速度。通過金相顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)對合金進行組織觀察,能譜分析儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)進行相組成分析,利用電子拉伸試驗機和維氏硬度計分別測試合金的拉伸性能及硬度,得出如下結論:(1)Mg-30Ca中間合金由α-Mg和Mg2Ca相組成,Mg-8Al-18Ca、Mg-10Al-27Ca均由α-Mg、Mg2Ca及(Mg,Al)2Ca相組成。Mg2Ca呈單相或層片狀α-Mg+Mg2Ca共晶組織的形式存在,(Mg,Al)2Ca呈顆粒狀分布在基體上。三種中間合金的顯微硬度值按大小排序為:Mg-10Al-27CaMg-8Al-18CaMg-30Ca。(2)考察不同ca添加方式的影響時,選取1wt.%和3wt.%兩種ca添加量,制備的合金mg-9li-0.44al-1ca(mg-30ca、mg-8al-18ca、mg-10al-27ca);mg-9li-1.33al-3ca(mg-30ca、mg-8al-18ca、mg-10al-27ca)相組成相同:α-mg、β-li、(mg,al)2ca以及mgli2al相。相比于mg-30ca、mg-8al-18ca兩種方式,mg-10al-27ca添加方式制備的合金組織更為均勻,形成更高含量的(mg,al)2ca相以及均勻彌散分布的mgli2al顆粒。因此,該中間合金添加方式對鎂鋰合金的組織細化效果、增強相含量及均勻分散程度效果最佳。(3)以mg-30ca、mg-8al-18ca、mg-10al-27ca添加方式制備的mg-9li-0.44al-1ca合金鑄態(tài)下的抗拉強度分別為117mpa、98mpa、119mpa;伸長率分別為8%、25.5%、49%。mg-9li-1.33al-3ca合金鑄態(tài)下抗拉強度分別為260mpa、235mpa、258mpa;伸長率分別為5.5%、8%、9.5%。因此,mg-30ca添加方式有助于改善合金強度,但惡化伸長率;而mg-8al-18ca添加方式制備的合金強度較低,塑性較高;mg-10al-27ca添加方式制備的合金的綜合力學性能優(yōu)良。所以,ca的最佳添加方式為mg-10al-27ca中間合金。(4)以最佳ca添加方式mg-10al-27ca,在mg-9li合金中分別添加(0.5、1、2、3)wt.%ca,考察ca含量對mg-9li合金組織與力學性能的影響。組織觀察結果表明:所制備的mg-9li-al-xca合金均由α-mg、β-li、(mg,al)2ca以及mgli2al相組成。隨著ca含量的增加,(mg,al)2ca、mgli2al相的含量持續(xù)增加,β-li+(mg,al)2ca共晶組織越來越粗大,mgli2al顆粒分布更為均勻,α-mg相體積分數(shù)逐漸減少且晶粒細化,β-li晶粒尺寸逐漸較小,當Ca含量高達3%時,雖然基體β-Li晶粒出現(xiàn)尺寸不均勻現(xiàn)象,但細化效果仍然良好。室溫拉伸結果表明:Mg-9Li-Al-xCa合金的抗拉強度隨Ca含量的增加而提高,伸長率逐漸下降。當Ca含量3%時,Mg-9Li-1.11Al-3Ca鑄態(tài)下的合金抗拉強度達230MPa,伸長率為7.5%,具備優(yōu)良的綜合力學性能。
【關鍵詞】：Mg-Li合金 中間合金 微觀組織 力學性能
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 鎂鋰合金11-12
• 1.2 鎂鋰合金的研究進展12-17
• 1.2.1 鎂鋰合金的發(fā)展歷程12-13
• 1.2.2 鎂鋰合金的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.3 鎂鋰合金的研究趨勢16-17
• 1.3 鎂鋰合金強化機制的研究17-19
• 1.3.1 細晶強化17
• 1.3.2 析出強化17
• 1.3.3 彌散強化17-18
• 1.3.4 固溶強化18
• 1.3.5 復合強化18-19
• 1.4 本課題研究的主要意義和內容19-21
• 1.4.1 主要意義19
• 1.4.2 主要內容19-21
• 第二章 實驗內容及研究方法21-27
• 2.1 合金成分設計與實驗材料21-22
• 2.1.1 合金成分設計21-22
• 2.1.2 實驗材料22
• 2.2 工藝路線與試驗設備22-23
• 2.3 合金的制備工藝23-25
• 2.3.1 合金的熔煉23-24
• 2.3.2 合金的吸鑄24-25
• 2.4 顯微組織分析及性能測試25-27
• 2.4.1 金相實驗25
• 2.4.2 XRD衍射分析25
• 2.4.3 掃描電子顯微鏡（SEM）與能譜（EDS）分析25
• 2.4.4 室溫拉伸試驗25-26
• 2.4.5 顯微硬度測試26-27
• 第三章 中間合金組織與力學性能的分析27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 中間合金組織及相組成分析27-33
• 3.3 中間合金的力學性能分析33-36
• 3.4 本章小結36-37
• 第四章 Ca添加方式對Mg-9Li合金組織及力學性能的影響37-59
• 4.1 引言37-38
• 4.2 合金的顯微組織及相組成的分析38-51
• 4.3 合金的力學性能分析51-54
• 4.3.1 Mg-9Li-0.44Al-1Ca合金的力學性能分析51-53
• 4.3.2 Mg-9Li-1.33Al-3Ca合金的力學性能分析53-54
• 4.4 合金的斷口形貌分析54-58
• 4.4.1 Mg-9Li-0.44Al-1Ca合金的斷口形貌分析54-56
• 4.4.2 Mg-9Li-1.33Al-3Ca合金的斷口形貌分析56-58
• 4.5 本章小結58-59
• 第五章 Ca添加量對Mg-9Li合金組織及力學性能的影響59-73
• 5.1 引言59-60
• 5.2 合金的顯微組織與相組成分析60-68
• 5.3 合金的力學性能分析68-70
• 5.4 合金的斷口形貌分析70-72
• 5.5 本章小結72-73
• 第六章 結論73-75
• 參考文獻75-85
• 致謝85-87
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文87

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本文編號：970309