【摘 要】
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Mg-Li合金是镁合金的一个大类,具有塑性好等优点,同时也存在普通Mg-Li合金强度不够高等缺点。本文重点开展了通过合金化、挤压变形提升Mg-Li合金力学性能的相关研究,包括设计制备单相Mg-4Li-3Al-x Mn(x=0,0.3,0.5)、双相Mg-8Li-1Mn-x Al(x=0,1)合金。合金试样进行挤压,采用金相显微镜、扫描电镜(配有EBSD探头)等表征分析合金微观组织,测试分析合金室温
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Mg-Li合金是镁合金的一个大类,具有塑性好等优点,同时也存在普通Mg-Li合金强度不够高等缺点。本文重点开展了通过合金化、挤压变形提升Mg-Li合金力学性能的相关研究,包括设计制备单相Mg-4Li-3Al-x Mn(x=0,0.3,0.5)、双相Mg-8Li-1Mn-x Al(x=0,1)合金。合金试样进行挤压,采用金相显微镜、扫描电镜(配有EBSD探头)等表征分析合金微观组织,测试分析合金室温拉伸性能,探索成分-工艺-组织-性能内在联系等。具体工作以及研究结果如下:(1)采用熔炼法制备了Mg-4Li-3Al-x Mn(x=0,0.3,0.5)合金,进行250℃*4h退火,获得铸态合金试样,研究其组织性能。结果表明,铸态Mg-4Li-3Al合金的相组成主要有α-Mg和Li Mg Al2,通过微量Mn元素的加入,合金中出现了Al8Mn5相,第二相主要分布在晶界上;Mg-4Li-3Al、Mg-4Li-3Al-0.3Mn、Mg-4Li-3Al-0.5Mn合金的抗拉强度分别为178MPa、139MPa和155MPa,延伸率分别8.8%、5.9%和5.7%。添加微量Mn元素合金的室温拉伸断口形貌中出现了一些粗大的析出相颗粒,拉伸过程中,这些粗大的析出相颗粒造成应力集中并成为裂纹源,不利于改善合金的塑性以及强度。(2)采用热挤压工艺(挤压温度:300℃,挤压比:25:1)制备了Mg-4Li-3Al-x Mn(x=0,0.3,0.5)合金挤压态试样,研究了其组织性能。结果表明,挤压后合金晶粒尺寸明显减小;挤压态Mg-4Li-3Al、Mg-4Li-3Al-0.3Mn、Mg-4Li-3Al-0.5Mn合金的平均晶粒尺寸分别为12.2μm、2.8μm和3.6μm;三种合金在热挤压后形成了典型的镁合金挤压织构,基面与ED方向平行;三种挤压态合金中,Mg-4Li-3Al-0.3Mn合金力学性能最优,其抗拉强度达到331MPa,延伸率为16.1%。分析其原因主要是细晶强化起到了最主要的作用,其次是在热挤压过程中该合金微观组织中出现了未再结晶区域(~27.12%),该区域晶粒基面(0001)平行于ED方向,当沿着ED方向进行室温拉伸时,基面滑移(0001)的施密特因子近乎等于0,滑移难以启动。(3)采用熔炼法制备了Mg-8Li-1Mn-x Al(x=0,1)合金,进行250℃*4h退火,获得铸态合金试样,随后进行热挤压工艺(挤压温度:260℃,挤压比:25:1)。Mg-8Li-1Mn合金主要由α-Mg、β-Li以及Mn颗粒组成,通过在合金中加入Al,合金中出现了Al8Mn5、Li Mg Al2这两种第二相。Mg-8Li-1Mn、Mg-8Li-1Mn-1Al合金的抗拉强度分别为156MPa、199MPa,延伸率分别19.2%、11.3%。含Al的挤压态Mg-8Li-1Mn-1Al合金抗拉强度比挤压态Mg-8Li-1Mn合金的抗拉强度高了43MPa,主要原因是第二相颗粒的强化作用。(4)采用热挤压工艺(挤压温度:260℃、220℃,挤压比:25:1)制备了Mg-8Li-1Mn-1Al合金挤压态试样。在260℃、220℃挤压的Mg-8Li-1Mn-1Al合金的抗拉强度分别为199MPa、219MPa,延伸率分别11.3%、9.0%。挤压温度为220℃时合金的抗拉强度比在260℃挤压时高出20MPa,并且延伸率并没有显著下降。主要原因是由于在低温挤压过程中加工硬化更加明显有利于提高合金的强度。
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