中间合金对双相Mg-Li合金微观组织与力学性能的影响

发布时间：2020-10-26 18:30

　　 Mg-Li合金是最轻的金属结构材料,同时还具有高比刚度、高比强度以及良好的电磁屏蔽性能等优点,在航空航天、汽车、军事和3C等领域有着广泛的应用前景。但Mg-Li合金存在绝对强度低、耐腐蚀性差、成本高等缺点,极大地限制了其广泛应用。因此,开展高强Mg-Li合金成分设计、熔炼制备及形变热处理研究,对新型高性能低成本超轻Mg-Li合金的开发与应用具有重要的理论和工程实际意义。本文通过在双相Mg-Li合金中添加不同含量Al-5Ti-1B、Al-12.6Si、Mg-30Ca非稀土中间合金来改变?-Mg、?-Li双相结构和相对含量、通过固溶于基体或形成第二相颗粒来提高Mg-Li合金的强度和塑韧性。本试验采用普通重力铸造方法熔炼制备Mg-Li合金,考察了合金在铸态、热处理及轧制过程中的组织转变和非稀土中间合金元素对双相Mg-Li合金力学性能的影响规律;采用XRD、OM、SEM/EDS、TEM对铸态、热处理及轧制态Mg-Li合金进行物相成分鉴定、微观组织观察和断口分析;采用Instron拉伸试验机对合金进行拉伸力学性能测试。主要结论如下:(1)Mg-9Li合金中分别添加微量Al-5Ti-1B、Al-12.6Si、Mg-30Ca三种中间合金后,α-Mg、?-Li双相结构/含量、第二相颗粒形成等微观组织及力学性能规律差异显著。Al-5Ti-1B能够显著增加Mg-9Li合金中?-Mg相的体积分数,形成以粗大?-Mg相为基体的Mg-Li双相合金,同时生成大量的MgLi_2Al相及少量弥散分布于?-Li相晶界中的TiB_2细颗粒,使其抗拉强度有所提升,屈服强度略微下降,塑性显著降低。Al-12.6Si能够显著细化Mg-9Li合金中的α-Mg相,生成大量MgLi_2Al和Mg_2Si亚微米颗粒,使α-Mg相对含量降低,Mg-9Li合金屈服强度、抗拉强度提高;但由于脆硬相Mg_2Si的生成,导致其塑性最差。Mg-30Ca对Mg-9Li合金中的α-Mg相细化效果最佳,形成高密度纳米尺度Mg_2Ca颗粒,使α-Mg相体积分数急剧下降,合金的屈服强度、抗拉强度显著提高的同时还具有优良的塑性,其综合力学性能最佳。(2)铸态Mg-9Li-0.5Si(Al-12.6Si)合金中加入Ca可以有效的细化α-Mg晶粒及Mg_2Si颗粒,并形成(Mg,Al)_2Ca相,使合金的整体力学性能有所提高。随着Ca含量从0.25 wt.%增加到1.0 wt.%,α-Mg呈现先细化后粗化的趋势。当Ca含量为0.5 wt.%时,α-Mg细化效果最明显,在细晶强化和纤维强化的共同作用下,合金具有最优的综合力学性能。随着Ca含量继续增加到1.0 wt.%,(Mg,Al)_2Ca网状共晶相形成,割裂基体,综合性能整体下降。与铸态合金相比,Mg-9Li-0.5Si(Al-12.6Si)-xCa(x=0.25;0.5 wt.%)合金固溶处理3 h并轧制后,晶粒均显著细化。当Ca含量为0.25 wt.%时,α-Mg被压扁拉长,在固溶强化、细晶强化和纤维强化的共同作用下,合金的抗拉强度明显提升;但由于晶界处颗粒状第二相聚集,产生应力集中,导致合金的塑性较差。当Ca含量为0.5 wt.%时,α-Mg相体积分数降低,同时颗粒状第二相的数量也减少,合金的综合力学性能最好。(3)铸态Mg-8.4Li-3(Al-12.6Si)合金中加入0.5 wt.%Al-5Ti-1B可有效细化α-Mg晶粒和Mg_2Si颗粒,促进颗粒均匀分散,使合金的强度明显提高;当Al-5Ti-1B含量提高到1.0 wt.%时,颗粒细化效果更好、TiB_2颗粒增多且分散均匀,综合力学性能最好;但当Al-5Ti-1B含量为1.5 wt.%时,TiB_2颗粒团聚,降低了合金的强度和塑韧性。与铸态合金相比,将加入不同含量x(Al-5Ti-1B)(x=0.5,1.0,1.5 wt.%)的Mg-8.4Li-3(Al-12.6Si)合金轧制后,α-Mg均明显细化,强度提高,但由于大量第二相颗粒聚集,造成应力集中,伸长率降低。随着Al-5Ti-1B含量从0.5增加到1.0 wt.%,α-Mg逐渐细化,合金的强度逐渐升高。但当Al-5Ti-1B中间合金的含量为1.5 wt.%时,α-Mg粗化,强度有所降低;当Al-5Ti-1B中间合金的含量为1.0 wt.%时细化效果最明显,综合力学性能最好。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG146.22
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 镁及镁合金
        1.1.1 镁及镁合金特点及用途
        1.1.2 镁合金研究进展
        1.1.3 镁合金塑性加工
    1.2 Mg-Li合金概述
        1.2.1 Mg-Li合金特点及用途
        1.2.2 合金元素对Mg-Li合金的作用
        1.2.3 Mg-Li合金研究进展
        1.2.4 存在问题
    1.3 本文选题及研究内容
        1.3.1 本文选题
        1.3.2 主要内容
第二章 材料制备与分析表征
    2.1 试验方案
    2.2 试验材料
        2.2.1 试验原料
        2.2.2 合金成分设计
    2.3 材料制备
        2.3.1 合金熔炼
        2.3.2 热处理
        2.3.3 轧制变形
    2.4 组织分析与性能测试
        2.4.1 金相显微镜组织观察
        2.4.2 扫描电子显微镜组织分析
        2.4.3 X-射线衍射物相分析
        2.4.4 透射电子显微镜微观组织分析
        2.4.5 力学性能测试
第三章 微量中间合金对铸态Mg-9Li双相合金微观组织及力学性能的影响
    3.0 引言
    3.1 中间合金组织分析
    3.2 微量Al-5Ti-1B/Al-12.6Si/Mg-30Ca对铸态Mg-9Li合金微观组织的影响
    3.3 微量Al-5Ti-1B/Al-12.6Si/Mg-30Ca对铸态Mg-9Li合金力学性能的影响
    3.4 本章小结
第四章 Mg-30Ca与 Al-5Ti-1B对 Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）合金微观组织及力学性能的影响
    4.1 引言
    4.2 Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）-xCa（Mg-30Ca）合金的组织转变与力学行为
        4.2.1 铸态Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）-xCa（Mg-30Ca）合金的微观组织与力学性能
        4.2.2 固溶态Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）-0.25Ca（Mg-30Ca）合金组织转变与力学行为
        4.2.3 轧制Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）-xCa（Mg-30Ca）合金组织转变与力学行为
    4.3 铸态Mg-9Li-0.5Si（Al-12.6Si）-0.5（Al-5Ti-1B）合金的微观组织与力学性能
    4.4 本章小结
第五章 Al-5Ti-1B与 Mg-30Ca对 Mg-8.4Li-3（Al-12.6Si）合金组织及力学性能的影响
    5.1 引言
    5.2 Mg-8.4Li-3（Al-12.6Si）-x（Al-5Ti-1B）合金组织转变与力学行为
        5.2.1 铸态Mg-8.4Li-3（Al-12.6Si）-x（Al-5Ti-1B）合金微观组织与力学性能
        5.2.2 轧制态Mg-8.4Li-3（Al-12.6Si）-x（Al-5Ti-1B）合金微观组织与力学性能
    5.3 铸态Mg-8.4Li-3（Al-12.6Si）-1.0Ca（Mg-30Ca）合金微观组织与力学性能
    5.4 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 武卫莉;陈喆;;硅橡胶/氟橡胶并用胶的制备及力学性能[J];高分子通报;2017年09期

2 李鸿玮;;城市生活垃圾的力学性能测试探讨[J];高考;2016年27期

3 贺向清;;当前力学性能测试技术发展概况[J];科学家;2017年11期

4 王从祥,刘仙山,龙满林;预退火处理对奥贝球铁力学性能的影响[J];热加工工艺;2003年01期

5 梅兴波;织物力学性能研究的神经网络方法[J];北京纺织;2000年04期

6 ;力学性能二级人员取证复习参考题(之三)解答[J];理化检验(物理分册);1998年04期

7 ;力学性能二级人员取证复习参考题(之一)解答[J];理化检验(物理分册);1997年12期

8 王松林;;船轴的热处理及其力学性能[J];大型铸锻件;1987年03期

9 马眷荣;黎晓瑞;赵宏;金宗哲;;ZrO_2/Al_2O_3陶瓷的力学性能评价Ⅰ:高温弹性模量[J];建筑材料科学研究院院刊;1987年01期

10 王鸣义;王均平;;涤纶后加工过程与成品力学性能[J];金山油化纤;1987年02期

相关博士学位论文 前10条

1 文乾乾;磁流变弹性体磁致力学性能研究[D];中国科学技术大学;2019年

2 王云鹏;剪切变硬复合材料的力学行为研究[D];中国科学技术大学;2019年

3 贾桂龙;Mg-Y-(Nd)-Sm-Zr合金微观组织演变及力学性能研究[D];哈尔滨理工大学;2019年

4 陈凌峰;基于多种测量方法的动脉系统区域性力学性能研究[D];太原理工大学;2019年

5 方秀荣;固体氧化物燃料电池力学性能与长期性能研究[D];中国科学技术大学;2017年

6 曹勇;多轴向经编复合材料等效力学性能预测方法研究[D];西北工业大学;2017年

7 冯丽佳;新型沙漏金属点阵结构的力学性能与强化机理[D];哈尔滨工业大学;2017年

8 李大光;碳纤维增强铝基复合材料的微观组织结构与高温力学性能[D];哈尔滨工业大学;2017年

9 张呈呈;镁—铝—锌/锡系合金变形组织演变规律与力学性能研究[D];吉林大学;2018年

10 段志伟;混杂改性树脂及其纤维增强复合材料力学性能研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 刁雨薇;Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-W-Si高温钛合金700℃拉伸行为研究[D];北京有色金属研究总院;2019年

2 罗金亮;热塑性树脂基碳纤维复合材料的制备及其力学性能研究[D];安徽工程大学;2019年

3 吴兆虎;纳米多孔铜膜的制备及其力学性能研究[D];西安理工大学;2019年

4 李娜;三维针刺复合材料的力学性能研究[D];西安理工大学;2019年

5 栾伟;治疗OVCFs人工骨仿生材料的制备和其力学性能研究[D];新疆医科大学;2019年

6 沈威武;Mg-10Gd-xY-1.0Zn-0.5Zr铸造镁合金的显微组织和力学性能研究[D];重庆理工大学;2019年

7 岳春艳;OMMT-Al_2O_3/PUE复合材料的制备及力学性能研究[D];哈尔滨理工大学;2019年

8 王家宁;Sn变质Mg-3Al-0.5SiO_2复合材料组织及力学性能研究[D];哈尔滨理工大学;2019年

9 田梦云;基于细观尺度的混凝土单轴力学性能的数值计算[D];太原理工大学;2019年

10 杨璠;中间合金对双相Mg-Li合金微观组织与力学性能的影响[D];太原理工大学;2019年

本文编号：2857358