合金元素对超轻单相Mg-14Li-xZn/Al合金微观组织及力学性能的影响
发布时间：2021-01-04 04:37
镁锂合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料,在航空航天、武器装备领域具有广阔的应用前景。LA141（Mg-14Li-1Al）是目前获得应用最轻的镁锂合金材料,但该合金存在绝对强度偏低、热稳定性差等关键瓶颈。本文以超轻Mg-14Li合金为研究对象,通过多元合金化的方法,在不明显增加合金密度前提下（ρ≤1.4g/cm3）进一步提高Mg-14Li系合金的力学性能,为该合金的进一步推广应用提供理论与技术支撑。主要研究成果如下:首先探索了Zn、Y（或Gd）含量对铸态和挤压态Mg-14Li系合金组织和性能的影响规律。研究结果表明,铸态Mg-14Li-xZn-yY/Gd合金主要为单相β-Li等轴晶结构,Zn、Y元素的添加,使得β-Li基体中析出了W相和MgLiZn相,且Zn、Y主要富集在这两类析出相中;而Zn、Gd元素的添加,使得β-Li基体中析出了MgGd3相、GdMg相、Mg2Zn11相和含Zn相,Gd元素主要固溶进基体。挤压变形后,合金中各物相种类没有变化,动态再结晶使β-Li晶粒获得进一步细化,析出相被挤...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mg的晶体结构[4]
第一章绪论4图1-2镁锂合金二元相图[8]Fig.1-2ThephasediagramofMg-Libinaryalloy.1.2.2镁锂合金的发展历程镁锂合金的研究最先开始于1910年，德国学者Masing首次发现Mg、Li之间的存在的结构转变，为镁锂合金今后的研究工作提供了新思想。进入20世纪30年代，各国学者同时对镁锂二元相图进行了测定，并验证了5.7%的Li添加可以实现fcc向bcc的结构转变。从此，在世界范围内，拉开了对镁锂合金研究的序幕[9,10]。上个世纪美苏两国在军事上剑拔弩张，为了在争霸中夺取胜利，两国竞相发挥自身军事装备的优越性，其中在坦克、装甲运兵车和航天器等减重方面，由于锂的加入会显著降低材料密度，美苏两国都展开了对镁锂合金的广泛研究。美国Battelle研究单位为了研制具有低密度、高的比刚度和比强度以及成形性好的轻质合金，对镁锂合金的熔铸试验进行了近2000次，为后续合金的成功开发积累了大量实验数据。之后，美国陆军与陶氏化学展开一系列合作，并成功研制出用于型号为M113的装甲运兵车车体的轻质镁锂合金。陆军的导弹相关部门与Battelle研究单位也开展了合作，开发出了航空标准材料LA141合金。进而到60年代镁锂合金得到洛克希德公司的重视，他们与IBM一同基于LA141合金进行研究，最终将镁锂合金应用到型号为SaturnV航天飞机部件上[11]。与此同时，苏联方面也对镁锂合金展开了系统研究，并开发出应用于航天飞行器上的超轻镁锂合金，其牌号为MA21和MA18等，用这种材料制备的航天器件具有优良的强度及延展性，更重要的是为航天器的减重做出了杰出贡献。另外，苏联科学
第一章绪论8图1-3挤压铸造Mg-15Li-xAl(x=0,1,3and5)合金的显微组织[37]:(a)x=0;(b)x=1;(c-f)x=3;(g-j)x=5Fig.1-3OM,BFTEMimages,FFTpatternsandsimulatedFFTpatternsoftheas-squeezeMg-15Li-xAl(x=0,1,3and5)alloys:(a)x=0;(b)x=1;(c-f)x=3;(g-j)x=5.表1-4挤压铸造Mg-15Li-xAl(x=0,1,3and5wt%)合金的力学性能和晶粒尺寸[37]Table1-4Yieldstrength(σy),Meangrainsize,Hardness(HV),Density(ρ)andSpecificstrength(σy/ρ)ofas-squeezeMg-15Li-xAl(x=0,1,3and5wt.%)alloys.Alloysσy/MPaGrainsize/mmHardness/HVρ/(g·cm-3)σy/ρ/(KNm·kg-1)Mg-15Li106±8250±1864±1.51.299780.8Mg-15Li-1Al150±9240±1096±0.11.3031115.1Mg-15Li-3Al214±6110±21100±1.11.3101162.6Mg-15Li-5Al225±451±9105±0.81.3171170.8ZhikunQu等[38]对Mg-9Li-xAl(x=3,6)合金的室温时效行为进行了研究，发现Mg-9Li-6Al合金更容易产生时效软化，这包括两个方面，一是更早的发生时效软化，二
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mg-4.3Li-1.08Y-5.83Zn合金的微观组织与塑性不稳定性研究[J]. 沙桂英,尹淼,韩恩厚,许道奎,徐永波,于爽. 兵工学报. 2017(03)
[2]航天用超轻镁锂合金研究进展[J]. 冯凯,李丹明,何成旦,陈学康. 特种铸造及有色合金. 2017(02)
[3]Y和Sr对Mg-14Li-1Al合金组织及力学性能的影响[J]. 李瑞红,蒋斌,陈志军,潘复生. 热加工工艺. 2016(14)
[4]A comparison between DCCAE and conventional extrusion of Mg-9.5Li-3Al-1.6Y alloy[J]. 刘军威,彭晓东,王宝,魏国兵,谢卫东,杨艳,刘明朴. Journal of Rare Earths. 2016(06)
[5]超轻Mg-Li-Al系变形镁合金挤压板材的组织及性能[J]. 李瑞红,蒋斌,陈志军,潘复生. 中国有色金属学报. 2016(01)
[6]Comparative Study on the Microstructure and Mechanical Properties of Mg-Li-Al Based Alloys with Yttrium and Strontium Addition[J]. 许天才,彭晓东,JIANG Junwei,XIE Weidong,CHEN Yuanfang,ZHANG Xi. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2015(03)
[7]YAl2p/Mg-14Li-1Al复合材料时效行为（英文）[J]. 吴国清,张涛,沙维,王素洁,黄正. 稀有金属材料与工程. 2014(12)
[8]超轻Mg-Li-Al-Zn变型合金的组织及力学性能（英文）[J]. 许天才,彭晓东,姜军伟,魏国兵,张宝. 稀有金属材料与工程. 2014(08)
[9]镁合金高温力学性能研究进展[J]. 曹樑,李中权,刘文才,吴国华,丁文江. 轻金属. 2013(06)
[10]Mg-8.5Li-3Al-xCe系合金的时效行为研究[J]. 王涛,张密林,巫瑞智,赵淑金. 稀有金属材料与工程. 2013(01)
博士论文
[1]稀土Y对β相Mg-Li-Al系合金显微组织和力学性能的影响[D]. 牛中毅.哈尔滨工程大学 2015
[2]镁锂稀土合金的制备及性能研究[D]. 王涛.哈尔滨工程大学 2008
硕士论文
[1]Mg-Zn-Y合金中准晶相的细化及其对性能的影响[D]. 李康宁.西南交通大学 2018
[2]长周期有序堆垛结构强化的Mg-Gd-Zn合金的研究[D]. 张文波.太原理工大学 2013
[3]Ca对Mg-Li-Al合金组织及力学性能的影响[D]. 王涛.哈尔滨工程大学 2011
[4]Mg-Li-Zn-RE合金热变形行为研究[D]. 李志强.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：2956163
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mg的晶体结构[4]
第一章绪论4图1-2镁锂合金二元相图[8]Fig.1-2ThephasediagramofMg-Libinaryalloy.1.2.2镁锂合金的发展历程镁锂合金的研究最先开始于1910年，德国学者Masing首次发现Mg、Li之间的存在的结构转变，为镁锂合金今后的研究工作提供了新思想。进入20世纪30年代，各国学者同时对镁锂二元相图进行了测定，并验证了5.7%的Li添加可以实现fcc向bcc的结构转变。从此，在世界范围内，拉开了对镁锂合金研究的序幕[9,10]。上个世纪美苏两国在军事上剑拔弩张，为了在争霸中夺取胜利，两国竞相发挥自身军事装备的优越性，其中在坦克、装甲运兵车和航天器等减重方面，由于锂的加入会显著降低材料密度，美苏两国都展开了对镁锂合金的广泛研究。美国Battelle研究单位为了研制具有低密度、高的比刚度和比强度以及成形性好的轻质合金，对镁锂合金的熔铸试验进行了近2000次，为后续合金的成功开发积累了大量实验数据。之后，美国陆军与陶氏化学展开一系列合作，并成功研制出用于型号为M113的装甲运兵车车体的轻质镁锂合金。陆军的导弹相关部门与Battelle研究单位也开展了合作，开发出了航空标准材料LA141合金。进而到60年代镁锂合金得到洛克希德公司的重视，他们与IBM一同基于LA141合金进行研究，最终将镁锂合金应用到型号为SaturnV航天飞机部件上[11]。与此同时，苏联方面也对镁锂合金展开了系统研究，并开发出应用于航天飞行器上的超轻镁锂合金，其牌号为MA21和MA18等，用这种材料制备的航天器件具有优良的强度及延展性，更重要的是为航天器的减重做出了杰出贡献。另外，苏联科学
第一章绪论8图1-3挤压铸造Mg-15Li-xAl(x=0,1,3and5)合金的显微组织[37]:(a)x=0;(b)x=1;(c-f)x=3;(g-j)x=5Fig.1-3OM,BFTEMimages,FFTpatternsandsimulatedFFTpatternsoftheas-squeezeMg-15Li-xAl(x=0,1,3and5)alloys:(a)x=0;(b)x=1;(c-f)x=3;(g-j)x=5.表1-4挤压铸造Mg-15Li-xAl(x=0,1,3and5wt%)合金的力学性能和晶粒尺寸[37]Table1-4Yieldstrength(σy),Meangrainsize,Hardness(HV),Density(ρ)andSpecificstrength(σy/ρ)ofas-squeezeMg-15Li-xAl(x=0,1,3and5wt.%)alloys.Alloysσy/MPaGrainsize/mmHardness/HVρ/(g·cm-3)σy/ρ/(KNm·kg-1)Mg-15Li106±8250±1864±1.51.299780.8Mg-15Li-1Al150±9240±1096±0.11.3031115.1Mg-15Li-3Al214±6110±21100±1.11.3101162.6Mg-15Li-5Al225±451±9105±0.81.3171170.8ZhikunQu等[38]对Mg-9Li-xAl(x=3,6)合金的室温时效行为进行了研究，发现Mg-9Li-6Al合金更容易产生时效软化，这包括两个方面，一是更早的发生时效软化，二
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mg-4.3Li-1.08Y-5.83Zn合金的微观组织与塑性不稳定性研究[J]. 沙桂英,尹淼,韩恩厚,许道奎,徐永波,于爽. 兵工学报. 2017(03)
[2]航天用超轻镁锂合金研究进展[J]. 冯凯,李丹明,何成旦,陈学康. 特种铸造及有色合金. 2017(02)
[3]Y和Sr对Mg-14Li-1Al合金组织及力学性能的影响[J]. 李瑞红,蒋斌,陈志军,潘复生. 热加工工艺. 2016(14)
[4]A comparison between DCCAE and conventional extrusion of Mg-9.5Li-3Al-1.6Y alloy[J]. 刘军威,彭晓东,王宝,魏国兵,谢卫东,杨艳,刘明朴. Journal of Rare Earths. 2016(06)
[5]超轻Mg-Li-Al系变形镁合金挤压板材的组织及性能[J]. 李瑞红,蒋斌,陈志军,潘复生. 中国有色金属学报. 2016(01)
[6]Comparative Study on the Microstructure and Mechanical Properties of Mg-Li-Al Based Alloys with Yttrium and Strontium Addition[J]. 许天才,彭晓东,JIANG Junwei,XIE Weidong,CHEN Yuanfang,ZHANG Xi. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2015(03)
[7]YAl2p/Mg-14Li-1Al复合材料时效行为（英文）[J]. 吴国清,张涛,沙维,王素洁,黄正. 稀有金属材料与工程. 2014(12)
[8]超轻Mg-Li-Al-Zn变型合金的组织及力学性能（英文）[J]. 许天才,彭晓东,姜军伟,魏国兵,张宝. 稀有金属材料与工程. 2014(08)
[9]镁合金高温力学性能研究进展[J]. 曹樑,李中权,刘文才,吴国华,丁文江. 轻金属. 2013(06)
[10]Mg-8.5Li-3Al-xCe系合金的时效行为研究[J]. 王涛,张密林,巫瑞智,赵淑金. 稀有金属材料与工程. 2013(01)
博士论文
[1]稀土Y对β相Mg-Li-Al系合金显微组织和力学性能的影响[D]. 牛中毅.哈尔滨工程大学 2015
[2]镁锂稀土合金的制备及性能研究[D]. 王涛.哈尔滨工程大学 2008
硕士论文
[1]Mg-Zn-Y合金中准晶相的细化及其对性能的影响[D]. 李康宁.西南交通大学 2018
[2]长周期有序堆垛结构强化的Mg-Gd-Zn合金的研究[D]. 张文波.太原理工大学 2013
[3]Ca对Mg-Li-Al合金组织及力学性能的影响[D]. 王涛.哈尔滨工程大学 2011
[4]Mg-Li-Zn-RE合金热变形行为研究[D]. 李志强.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：2956163
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