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镁锂合金作为当前最轻的金属结构材料,具备密度低、加工性能优良等诸多优点,但由于其绝对强度低、高温稳定性及耐腐蚀性差,大大限制了其在工程结构材料方面的应用。合金化是改善其性能最为有效的方法之一。Ca由于能够与镁合金中的Mg、Al等形成类似稀土的Laves相化合物,且密度低、储量大、价格便宜,因而在镁锂合金中添加Ca元素成为一个重要的研究方向。本文选取Mg-30Ca、Mg-8Al-18Ca、Mg-10Al-27Ca三种方式,作为中间合金添加到Mg-9Li合金中,考察了不同Ca添加方式对镁锂合金组织与力学性能的影响;在确定最佳Ca添加方式基础上,进一步考察了Ca含量对合金组织及力学性能的影响。本文采取磁悬浮真空熔炼+铜模吸铸工艺,极大程度减少合金的污染及获得较快的凝固速度。通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)对合金进行组织观察,能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)进行相组成分析,利用电子拉伸试验机和维氏硬度计分别测试合金的拉伸性能及硬度,得出如下结论:(1)Mg-30Ca中间合金由α-Mg和Mg2Ca相组成,Mg-8Al-18Ca、Mg-10Al-27Ca均由α-Mg、Mg2Ca及(Mg,Al)2Ca相组成。Mg2Ca呈单相或层片状α-Mg+Mg2Ca共晶组织的形式存在,(Mg,Al)2Ca呈颗粒状分布在基体上。三种中间合金的显微硬度值按大小排序为:Mg-10Al-27Ca>Mg-8Al-18Ca>Mg-30Ca。(2)考察不同ca添加方式的影响时,选取1wt.%和3wt.%两种ca添加量,制备的合金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)相组成相同:α-mg、β-li、(mg,al)2ca以及mgli2al相。相比于mg-30ca、mg-8al-18ca两种方式,mg-10al-27ca添加方式制备的合金组织更为均匀,形成更高含量的(mg,al)2ca相以及均匀弥散分布的mgli2al颗粒。因此,该中间合金添加方式对镁锂合金的组织细化效果、增强相含量及均匀分散程度效果最佳。(3)以mg-30ca、mg-8al-18ca、mg-10al-27ca添加方式制备的mg-9li-0.44al-1ca合金铸态下的抗拉强度分别为117mpa、98mpa、119mpa;伸长率分别为8%、25.5%、49%。mg-9li-1.33al-3ca合金铸态下抗拉强度分别为260mpa、235mpa、258mpa;伸长率分别为5.5%、8%、9.5%。因此,mg-30ca添加方式有助于改善合金强度,但恶化伸长率;而mg-8al-18ca添加方式制备的合金强度较低,塑性较高;mg-10al-27ca添加方式制备的合金的综合力学性能优良。所以,ca的最佳添加方式为mg-10al-27ca中间合金。(4)以最佳ca添加方式mg-10al-27ca,在mg-9li合金中分别添加(0.5、1、2、3)wt.%ca,考察ca含量对mg-9li合金组织与力学性能的影响。组织观察结果表明:所制备的mg-9li-al-xca合金均由α-mg、β-li、(mg,al)2ca以及mgli2al相组成。随着ca含量的增加,(mg,al)2ca、mgli2al相的含量持续增加,β-li+(mg,al)2ca共晶组织越来越粗大,mgli2al颗粒分布更为均匀,α-mg相体积分数逐渐减少且晶粒细化,β-li晶粒尺寸逐渐较小,当Ca含量高达3%时,虽然基体β-Li晶粒出现尺寸不均匀现象,但细化效果仍然良好。室温拉伸结果表明:Mg-9Li-Al-xCa合金的抗拉强度随Ca含量的增加而提高,伸长率逐渐下降。当Ca含量3%时,Mg-9Li-1.11Al-3Ca铸态下的合金抗拉强度达230MPa,伸长率为7.5%,具备优良的综合力学性能。