新型Mg-Li-Al-Y合金组织、性能及热变形行为研究

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随着人们对节能环保,构件轻量化要求的不断提高,Mg-Li合金以其低密度、高塑性、抗减震等特点而备受研究者青睐,使其在航空航天、武器装备、交通运输、3C电子产品等领域都有着较为广泛地运用。然而Mg-Li合金由于绝对强度较低、耐蚀性能差、热变形行为研究不足等缺点而限制了其大规模生产应用。因此,人们正通过合金化、塑性变形等手段来提高 Mg-Li合金的性能。所以,研究合金元素对Mg-Li合金组织及性能的影响、探讨Mg-Li合金的热变形行为对开发高性能的Mg-Li合金具有重大意义。  本文以Mg-9Li-3Al合金为基础,通过制备不同Y含量的Mg-9Li-3Al-xY合金,通过运用显微分析,力学性能测试,失重腐蚀和电化学实验等手段,探究不同 Y含量对 Mg-9Li-3Al合金组织和性能的影响,开发出综合性能较好的新型Mg-Li-Al-Y合金。并通过热力模拟实验对挤压态新型Mg-Li-Al-Y合金的热变形行为进行研究,建立合金热变形过程中的本构方程,计算合金的热加工图,并对合金的热加工图进行分析,从而得出合金的最优热加工工艺参数。  研究结果表明,随着Y含量的增加,原来存在于Mg-9Li-3Al合金中的Mg17Al12相逐步被硬质质点相Al2Y所取代,α相由粗大的片状向针状,再向块状转变;当Y含量为1.6%时,存在于Mg-9Li-3Al-xY合金中的片状和针状α相完全消失,最终被细小且成块状分布的α相取代。  Y含量对Mg-9Li-3Al合金的力学性能有较大影响,随着Y含量的增加,合金的抗拉强度和屈服强度呈现先增后降的变化趋势。Y含量为1.6%时,合金的抗拉强度和屈服强度达到最大值,分别为:190.2MPa和168.1MPa;合金的延伸率随着Y含量的增加一直增加,在本实验条件下,合金的最大延伸率出现在Y含量为2.0%处,其最大延伸率为:19.4%。合金断口观察表明,随着Y含量的增加合金,合金逐步呈现出微孔聚集型的塑性断裂方式。合金的腐蚀性能测试结果表明,Mg-9Li-3Al-xY合金的抗腐蚀性能呈现出先增加后减小的变化趋势,当 Y含量为1.6%时,合金具有最佳的耐蚀性能。  Mg-9Li-3Al-1.6Y合金经挤压变形后,其显微组织发生明显细化,其抗拉强度和延伸率与铸态时相比提高了31%和97%。Mg-9Li-3Al-1.6Y合金的热力模拟实验表明,随着应变速率的增加,材料的流变应力增加;随着温度的升高,材料的流变应力下降,采用双曲正弦函数关系式计算的流变应力与实际应力吻合性较好;结合金相显微分析对材料的塑性加工图分析表明,在实验参数范围内材料的最佳理论热加工区为:220~270℃,0.001~0.05 s-1,材料的超塑性加工区为:300℃~350℃,0.015 s-1~0.16 s-1。
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