Mg-Li-Al-Zr系合金熱處理工藝及冷軋性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤┕?jié)能減排和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)材料和器件輕量化要求越來越高，鎂鋰合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，必將具有廣闊的應(yīng)用前景。鎂鋰合金擁有極佳的室溫塑性成型性能，但鎂鋰合金較低的強(qiáng)度嚴(yán)重限制了其實(shí)際工程應(yīng)用，β單相鎂鋰合金更是如此。
　　本文通過‘合金化+熱處理+塑性變形’的組合工藝，向β單相鎂鋰合金中添加Al元素，借助其固溶度受溫度影響變化明顯的特點(diǎn)，對(duì)合金進(jìn)行熱處理（固溶+時(shí)效）強(qiáng)化，并結(jié)合軋制變形使合金產(chǎn)生進(jìn)一步應(yīng)變

2、強(qiáng)化，最終獲得了強(qiáng)度-塑性綜合性能優(yōu)異的鎂鋰合金軋制板材。同時(shí)，對(duì)比分析了Mg-11Li-3Al-xZr（x=0，0.1）系合金鑄態(tài)、擠壓態(tài)、熱處理態(tài)及軋制態(tài)下的組織及力學(xué)性能，對(duì)Zr元素在合金變形及熱處理過程中的作用進(jìn)行了定性研究。本論文研究結(jié)果如下：
　　1.Mg-11Li-3Al-xZr（x=0，0.1）鑄態(tài)組織為近等軸晶組織，兩種合金中均由β-Li、α-Mg、θ-MgLi2Al、AlLi相組成，Mg-11Li-3Al-0.

3、1Zr合金由于Zr元素的添加還有Al3Zr金屬化合物生成。合金熱擠壓前后物相種類不變，變形后發(fā)生完全的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，晶粒得到細(xì)化，其中Zr對(duì)鎂鋰合金的晶粒細(xì)化作用顯著。兩種合金鑄態(tài)組織晶粒粗大，強(qiáng)度較低；擠壓后兩種合金力學(xué)性能大幅提高，抗拉強(qiáng)度較鑄態(tài)分別提高27％和33%。
　　2.對(duì)Mg-11Li-3Al-xZr（x=0，0.1）合金擠壓板進(jìn)行固溶處理，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)晶粒度未發(fā)生明顯變化；隨著溫度的升高，θ-MgLi2Al、Al

4、Li、α-Mg相先后溶解并固溶到β-Li基體中去；Mg-11Li-3Al-0.1Zr合金中Al3Zr相也因Al原子溶解到基體中而有β-Zr生成；兩合金分別在400℃及450℃條件下得到了完全的β-Li單相合金。隨著固溶溫度的升高，Mg-11Li-3Al-xZr（x=0，0.1）合金擠壓板硬度不斷上升，分別在400℃及450℃達(dá)到峰值；同時(shí)，屈服及抗拉強(qiáng)度顯著提高，延伸率明顯降低；兩種合金的強(qiáng)化效果完全歸因于固溶強(qiáng)化機(jī)制。
　　3.

5、Mg-11Li-3Al-xZr（x=0，0.1）合金擠壓板固溶處理（400℃/450℃）后在70℃下進(jìn)行人工時(shí)效處理，θ-MgLi2Al優(yōu)先析出；對(duì)于Mg-11Li-3Al合金，α-Mg相和θ-MgLi2Al相同步析出，并在3h發(fā)生θ-MgLi2Al→AlLi+α-Mg分解反應(yīng)；對(duì)于Mg-11Li-3Al-0.1Zr合金，時(shí)效時(shí)間內(nèi)未檢測(cè)到α-Mg相析出、θ-MgLi2Al分解的證據(jù)。隨著時(shí)效時(shí)間的延長，兩種合金的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度逐漸

6、降低，Mg-11Li-3Al合金的延伸率出現(xiàn)增大減小再增大的反復(fù)，而Mg-11Li-3Al-0.1Zr延伸率逐漸增加。
　　4.對(duì)熱處理后的Mg-11Li-3Al-xZr（x=0，0.1）合金進(jìn)行冷軋變形，合金在各軋制變形量下均未出現(xiàn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；隨著變形量的增大，α-Mg、θ-MgLi2Al、AlLi等相加速析出。隨著軋制變形量的增大，Mg-11Li-3Al-xZr（x=0，0.1）合金硬度先快速降低，后緩慢升高；Mg-11Li-

7、3Al合金屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及延伸率先升高后降低，在60%變形量下強(qiáng)度-塑性綜合力學(xué)性能最佳；Mg-11Li-3Al-0.1Zr合金屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度逐漸降低，而塑性也出現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)；合金在40%變形量下強(qiáng)度-塑性綜合力學(xué)性能最佳。
　　5.除了對(duì)晶粒具有細(xì)化作用，Zr元素能夠增強(qiáng)Mg-11Li-3Al-0.1Zr合金的組織穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)在降低合金元素?cái)U(kuò)散速率，增強(qiáng)第二相及金屬化合物的高溫穩(wěn)定性，以及抑制時(shí)效、軋制過程中第二