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进入21世纪,现代工业对材料轻量化要求越来越高。镁锂合金作为世界上最轻的金属材料,因为具有低密度、高的比强度和比刚度、并具有良好的切削加工性能、电磁屏蔽性能、阻尼减震性能和易于回收利用等优点,使其在航空航天、军事、汽车、核工业等领域备受瞩目。然而,常见的镁锂合金如Mg-Li-Al系三元合金存在组织和性能不稳定的问题。主要是因为亚稳定相MgLi2Al易在室温下或者在50℃时转变为稳定的AlLi相,而AlLi相为软化相。所以,本文提出往Mg-8Li-3Al(LA83)合金中添加稀土元素Ce,通过稀土元素Ce与Al元素的优先结合,以抑制合金时效软化现象的产生。 本实验使用真空熔炼炉制备出Mg-8Li-3Al-xCe(x=0,1,3)合金,系统地研究了Ce的加入对LA83铸态合金显微组织和显微硬度的影响,并在此基础上,对Mg-8Li-3Al-xCe(x=0,1,3)合金的固溶过程和时效过程进行了深入的研究。主要实验结论如下: 1、铸态LA83合金由α-Mg、β-Li、AlLi、MgLi2Al四种相组成。随着Ce的加入, AlLi相消失,MgLi2Al相减少,并生成AlCe和Al2Ce两相。当Ce加入量为1wt.%时,细化组织效果最好,生成的AlCe和Al2Ce两相分布弥散,合金整体硬度、α相和β相硬度在三种成分合金中最高,强化效果最好。 2、在LA83合金的固溶过程中,300℃×2h固溶处理过程能使合金中的β相中的MgLi2Al相完全固溶进基体中,α相中析出细小片晶状的AlLi相。370℃×1h固溶处理过程能使合金中的β相中的AlLi相完全固溶进基体中,β相中析出细小片晶状的MgLi2Al相。在LA83-1Ce合金和LA83-3Ce合金的固溶过程中,当固溶参数为420℃×0.5h时, LA83-1Ce合金和LA83-3Ce合金中的MgLi2Al相均能完全固溶进基体中。在整个固溶过程中,合金中的AlCe和Al2Ce相热稳定性较好,并不能完全固溶。 3、Mg-8Li-3Al-xCe(x=0,1,3)合金固溶过程中,合金的整体硬度随时间的增加而增加。LA83合金固溶过程的α相硬度随时间的增加而增加,LA83-1Ce和LA83-3Ce两种合金固溶过程α相的硬度随固溶温度的增加有所下降。三种合金β相的硬度随时间的增加而增加,当固溶时间过长时,合金β相的硬度会有一定的下降。其中, Mg-8Li-3Al-xCe(x=0,1,3)合金370℃和420℃固溶过程中合金整体硬度变化规律一样,在同一固溶参数下,随着Ce含量的增加,LA83合金的整体硬度减少,这是因为合金中MgLi2Al相析出强化作用减弱导致的。Mg-8Li-3Al-xCe(x=0,1,3)合金300℃和420℃固溶过程中合金β相硬度变化规律一样。在同一固溶参数下,随着Ce含量的增加,LA83合金的β相硬度增加,这是由于固溶强化和稀土物相强化共同作用的结果。 4、LA83合金在300℃、370℃和420℃固溶态时效过程,合金在200℃时效1h时,基体中析出大量的MgLi2Al相。LA83合金在370℃固溶态时效过程中,在50℃和100℃时效时,β相中会析出AlLi相。LA83-1Ce和LA83-3Ce两种合金的时效过程中并未析出AlLi相,两种合金在时效温度大于100℃时,合金基体中开始析出MgLi2Al相,并且随着时效温度的增加,合金基体中析出的MgLi2Al相数量增多。但较LA83合金的时效过程,析出的MgLi2Al相数量较少,尺寸较小。 5、LA83、LA83-1Ce和LA83-3Ce三种合金时效过程的整体硬度均随着时效温度的增加而下降,这是因为时效过程中固溶强化作用减弱导致的。在整个时效过程中,三种合金中α相硬度变化不大。对比于LA83、LA83-1Ce和LA83-3Ce三种合金的50℃时效过程, LA83-3Ce合金的β相硬度值高于前两者;合金从固溶态到对应的50℃时效态, LA83-3Ce合金的β相硬度值减幅也较小,这是因为Ce的加入抑制了LA83合金50℃时效过程中AlLi相和MgLi2Al相的析出。再对比于LA83、LA83-1Ce和LA83-3Ce三种合金的100℃、150℃和200℃时效过程,从整体上而言,我们发现LA83-3Ce合金的β相硬度高于前两者,这表明了Ce的加入减缓了LA83合金时效过程中β相硬度的降低。