【摘要】：基于當(dāng)今能源危機(jī)和工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,輕量化、綠色環(huán)保材料愈來(lái)愈為工業(yè)發(fā)展所需要。鎂鋰合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有低密度、高比強(qiáng)度和比剛度、較好的電磁屏蔽性及優(yōu)異的室溫變形能力,在航空航天、武器裝備及3C等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。但鎂鋰合金的絕對(duì)強(qiáng)度低、耐腐蝕性和抗蠕變性能較差等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。形變強(qiáng)化和合金化是提高鎂鋰合金力學(xué)性能行之有效的方式。本文對(duì)鑄態(tài)Mg-5Li、Mg-9Li和Mg-9Li-1Zn合金進(jìn)行室溫軋制及軋后退火處理,采用光學(xué)電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X-射線衍射儀、室溫拉伸、硬度測(cè)試等手段分別對(duì)不同成分、不同冷軋變形量及退火溫度的鎂鋰合金板進(jìn)行微觀組織及力學(xué)性能的測(cè)試,對(duì)比分析,得出如下結(jié)論:(1)Mg-5Li合金由96%的α-Mg相和4%的β-Li相組成。冷軋變形后,合金組織沿著軋制方向被拉長(zhǎng)。鑄態(tài)Mg-5Li合金的抗拉強(qiáng)度、硬度和延伸率分別為74MPa、40.6HV和6.5%。冷軋?zhí)幚懋a(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象,冷變形量為50%時(shí),合金抗拉強(qiáng)度為190MPa,是鑄態(tài)的2.6倍。退火處理后合金強(qiáng)度降低、塑性提高,60%變形量下,退火態(tài)合金的延伸率是冷軋態(tài)合金的2.6倍,硬度降低了9.8HV。Mg-5Li合金冷軋變形量為60%時(shí)已嚴(yán)重開(kāi)裂,拉伸斷口形貌表現(xiàn)為準(zhǔn)解理斷裂特征。(2)Mg-9Li合金由28%的α-Mg相和72%的β-Li相組成。鑄態(tài)下α-Mg相呈板塊狀結(jié)構(gòu),冷軋變形后,組織被細(xì)化且沿著軋制方向被拉長(zhǎng),軋制變形量越大,該現(xiàn)象越明顯。鑄態(tài)Mg-9Li合金的抗拉強(qiáng)度、硬度和延伸率分別為100MPa、41.4HV和22.6%。當(dāng)冷軋變形量為75%時(shí),合金抗拉強(qiáng)度為179MPa,是鑄態(tài)的1.8倍,硬度為84.4HV,是鑄態(tài)的2倍,但延伸率僅為10.5%。75%冷軋變形后退火處理,合金的延伸率提高到20.6%。Mg-9Li合金的塑性較好,在75%變形量下并無(wú)嚴(yán)重開(kāi)裂,拉伸斷口形貌有較多韌窩,表現(xiàn)為塑性斷裂。(3)鑄態(tài)Mg-9Li-1Zn合金由α-Mg相、β-Li相和MgLi_2Zn相組成,其中α-Mg相呈板塊狀結(jié)構(gòu),α-Mg:β-Li≈1:3。冷軋后,合金組織沿著軋制方向被細(xì)化拉長(zhǎng),且合金中出現(xiàn)MgLiZn相。退火后,合金在相界處發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶。25%冷軋變形后退火處理,合金內(nèi)部再結(jié)晶晶粒較少;50%冷軋變形后退火處理,合金內(nèi)再結(jié)晶晶粒增多且明顯粗化;75%冷軋變形后退火處理,合金內(nèi)部再結(jié)晶晶粒顯著增多且均勻、細(xì)小。75%冷軋變形后,合金中α-Mg相出現(xiàn)(0002)基面織構(gòu),β-Li相出現(xiàn)(110)和(200)晶面織構(gòu)。鑄態(tài)Mg-9Li-1Zn合金的抗拉強(qiáng)度、硬度和延伸率分別為113MPa、45.7HV和19.2%。75%冷軋變形量時(shí),合金抗拉強(qiáng)度為190MPa,硬度為71.8HV。75%冷軋變形后退火處理,合金具有較優(yōu)的綜合力學(xué)性能,其抗拉強(qiáng)度、硬度和延伸率分別為177MPa、57HV和23.2%。Mg-9Li-1Zn合金塑性較優(yōu),75%變形量下軋板邊緣開(kāi)裂并不明顯,其拉伸斷口形貌表現(xiàn)為塑性斷裂。(4)經(jīng)95%冷軋變形和軋后不同溫度退火處理,Mg-9Li-1Zn合金由α-Mg、β-Li兩基體相和MgLiZn、MgLi_2Zn兩化合物相組成。95%變形量的冷軋態(tài)Mg-9Li-1Zn合金內(nèi)部組織被明顯細(xì)化、拉長(zhǎng),隨著退火溫度的升高,合金α-Mg相逐漸完成再結(jié)晶,晶粒隨退火溫度增加逐漸長(zhǎng)大。當(dāng)退火溫度為125℃時(shí),合金內(nèi)部再結(jié)晶完成,合金組織由大量細(xì)小的等軸晶粒(≈3μm)構(gòu)成,在晶界處和晶內(nèi)存在MgLi_2Zn和MgLiZn相,合金綜合力學(xué)性能最優(yōu)(抗拉強(qiáng)度157MPa,硬度51.2HV,延伸率56.1%)。隨著退火溫度繼續(xù)升高,β-Li相內(nèi)部晶粒開(kāi)始粗化,合金強(qiáng)度、塑性降低。冷軋狀態(tài)下α-Mg相出現(xiàn)基面織構(gòu),在125℃退火后各極圖變化不明顯。不同退火溫度下Mg-9Li-1Zn合金拉伸斷口形貌由巖石狀撕裂棱及大小深淺不均的韌窩構(gòu)成,表現(xiàn)為塑性斷裂。
【圖文】：

i 合金Li 合金簡(jiǎn)介性質(zhì)活潑，常溫下易氧化和燃燒。鎂的晶體結(jié)構(gòu)為 HC塑性變形時(shí)只有基面位錯(cuò)滑移和錐面孿生，故其冷加工國(guó)學(xué)者 A.C.Loonam 提出將鋰添加到鎂基合金中，可使成 BCC 型，從而改善鎂合金的塑性變形能力，同時(shí)降低上，得出了如圖 1.1 所示的完整的 Mg-Li 平衡二元相，當(dāng) Li 含量低于 5wt%時(shí)，，合金由密排六方結(jié)構(gòu)的 ɑ-M 11wt%時(shí)，合金則由體心立方結(jié)構(gòu)的 β-Li 相構(gòu)成。β-Li ɑ-Mg 相只有 2 個(gè)獨(dú)立滑移系，故 β-Li 相更易發(fā)生交滑但是強(qiáng)度和硬度卻是 ɑ-Mg 相更好。當(dāng) Li 含量介于 5wt ɑ-Mg+β-Li 構(gòu)成的雙相結(jié)構(gòu)組成，其特殊的晶體結(jié)構(gòu)的綜合力學(xué)性能[18, 19]。

圖 2.1 實(shí)驗(yàn)流程圖Fig 2.1 Experimental procedure2.2 合金制備2.2.1 合金成分的確定Mg-Li 合金是一種具有較高比強(qiáng)度和比剛度、良好的延伸率及室溫變形能力的超輕鎂合金，其密度一般為 1.35~1.65g/cm3，因此其在汽車(chē)、3C 和航空工業(yè)等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景[40, 57]。鎂是密排六方晶體結(jié)構(gòu)（HCP），其室溫滑移系少，因此鎂合金的塑性較差，Li 的加入使得鎂晶體結(jié)構(gòu)中 c/a 的值變小，從而提高合金的變形能力[58]。當(dāng) Li 含量在 5~11%時(shí)，Mg-Li 合金由 ɑ-Mg+β-Li 構(gòu)成的雙相組織組成，所以相比于 HCP 晶格結(jié)構(gòu)的鎂合金，雙相 Mg-Li 合金的綜合力學(xué)性能較優(yōu)，且其塑性變形機(jī)制也有所不同[59]。結(jié)合已有研究成果及相關(guān)文獻(xiàn)，本文初步以Mg-5Li 和 Mg-9Li 雙相鎂鋰合金為目標(biāo)合金，研究其在不同冷軋變形量和退火狀態(tài)下的微觀組織及力學(xué)性能。鎂鋰合金存在強(qiáng)度不高，耐蝕性不佳等諸多缺點(diǎn)，合金化是改善 Mg-Li 合金力
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG335;TG146.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2647499