累积叠轧镁锂合金板材组织与性能演变研究

发布时间：2018-03-15 01:07

  本文选题：镁锂合金　切入点：累积叠轧　出处：《哈尔滨工程大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：镁锂合金由于具有密度较低、电磁屏蔽性能好等优点,近年来逐渐成为航空航天、兵器装备、汽车、电子等领域极具发展潜力的高新技术新材料。然而,现有的镁锂合金结构件仍存在着强度较低等问题,制约了其进一步的应用推广。累积叠轧技术被认为是唯一的能够实现大规模工业化连续生产超细晶材料的剧烈塑性变形技术,利用该技术制备的超细晶材料具有较高的强度。本文首先利用常规累积叠轧工艺和交叉累积叠轧工艺分别制备了6道次质量良好的Mg-5Li-1Al板材。板材界面数随着轧制道次的增加而增加,后续道次轧制有助于进一步提高之前道次形成界面的结合效果,当总变形量大于90.89%时,界面完全消失,复合板材完全结合,静态再结晶是Mg-5Li-1Al板材界面进一步形成牢固结合的重要原因。累积叠轧可有效细化Mg-5Li-1Al合金的组织,经过6道次常规累积叠轧后,合金平均晶粒尺寸达到100 nm,组织均匀性显著提高。交叉累积叠轧可以在一定程度上提高Mg-5Li-1Al合金的组织均匀性并细化晶粒,但晶粒细化速率相比常规累积叠轧稍慢。常规累积叠轧过程中,Mg-5Li-1Al合金的变形机制为以孪生变形为主转变为剪切变形形成宏观剪切带,进而发生动态再结晶。晶粒细化机制为首先发生孪生动态再结晶,随后以旋转动态再结晶为主。交叉累积叠轧过程中,Mg-5Li-1Al合金的变形机制为以孪生变形为主转变为滑移变形,最后为剪切变形。晶粒细化机制为首先发生孪生动态再结晶,中间道次为连续动态再结晶,最后为旋转动态再结晶。随着累积叠轧道次的增加,Mg-5Li-1Al板材的硬度和强度整体上均呈现升高趋势,而延伸率发生不同程度的变化。累积叠轧道次的增加和道次间改变轧制方向均可一定程度上改善复合板材力学性能上的各向异性,交叉累积叠轧同时有利于Mg-Li合金复合板材塑性变形能力的提高。累积叠轧过程中,Mg-5Li-1Al合金的强化方式主要是细晶强化和加工硬化,复合板材的界面结合状况及界面间氧化物也很大程度上影响了其自身的力学性能。同时,各道次Mg-5Li-1Al板材均表现为典型的镁合金轧制织构。随着ARB道次的增加,基面织构强度增强,合金晶粒c轴沿RD方向偏转程度先增加后降低。此外,非基面滑移系也有所启动,并表现为锥面滑移系的启动。CARB过程中,随着轧制方向的改变,各晶面极图极密度最大区域均发生90°旋转,合金晶粒c轴偏转程度减弱,同时,棱柱面和锥面滑移系均有所启动。其次,利用累积叠轧工艺制备了 5道次Mg-8Li-3Al-1Zn板材,板材界面剪切强度比Mg-5Li-lAl板材稍高,各板材之间的结合均为同相之间的结合,且多以α相结合为主。累积叠轧工艺同样可以细化Mg-8Li-3Al-1Zn合金的组织,细化过程以β相尖端和α、β两相交界处为起点并逐渐扩展至整个区域,最终得到细小均匀的弥散分布组织。同时,随着累积叠轧道次的增加,颗粒状的AlLi相和MgLi2Al相逐渐细化,最终弥散分布于合金基体中。在累积叠轧过程中,Mg-8Li-3Al-1Zn合金的硬度和强度持续升高,而延伸率则呈现先减小后少量升高的趋势,但在整个累积叠轧过程中,延伸率一直维持在11.0%～15.0%范围内。Mg-8Li-3Al-1Zn合金的主要强化方式为细晶强化、加工硬化和第二相粒子强化。最后,利用累积叠轧工艺制备了 6道次α/β交替Mg-Li合金复合板材,复合板材结合了 Mg-5Li-1Al合金高强度和Mg-12Li-1Al合金良好塑韧性的优点,由于界面“搓轧区”的形成,复合板材界面结合效果良好。随着累积叠轧道次的增加,Mg-5Li-1Al合金与Mg-12Li-1Al合金的硬度整体上均呈现升高趋势。同时,复合板材的强度先升高后保持稳定,而延伸率在前几道次小幅下降,第5道次后又有所升高。α/β交替Mg-Li合金复合板材中,Mg-5Li-1Al合金的织构类型为典型的镁合金轧制织构,织构强度随着轧制道次的增加先升高后降低,Mg-12Li-1Al合金的变形主要表现为(110)中温滑移面的滑移,(321)高温滑移面随着轧制累积应变量的增加也有所激活。为了进一步提高α/β交替Mg-Li合金复合板材的界面结合强度和综合力学性能,本文将复合板材在不同退火温度(250℃、300℃、350℃、400℃、450℃)和退火时间(15min、30min、60min、120min)下进行了退火处理。经过退火处理后,复合板材Mg-5Li-1Al合金上靠近界面处产生两层一定厚度的扩散区,随着退火温度的升高和退火时间的延长,扩散区厚度逐渐增加,且扩散层1中组织沿扩散方向只形成单排晶粒,晶粒尺寸随扩散区厚度的增加而长大。通过ToF-SIMS、XRD和TEM综合测试分析可知,扩散层1主要组成为Li3Mg7化合物,扩散层2主要组成为Li0.92Mg4.08化合物。α/β交替Mg-Li合金ARB1复合板材的界面结合强度、强度和延伸率均发生不同长度的改变。综合比较Mg-Li合金复合板材的显微组织、界面结合性能和拉伸性能,复合板材的最佳退火工艺为350℃/30min和400℃/15min。ARB6复合板材由于累积应变量增大,两合金完成再结晶所需时间有所增长,400℃/30min退火处理后复合板材具有最佳综合力学性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22;TG335.5

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本文编号：1613733