Ca添加方式对Mg-Li合金组织与力学性能的影响

发布时间：2017-10-04 11:09

  本文关键词：Ca添加方式对Mg-Li合金组织与力学性能的影响

  更多相关文章： Mg-Li合金 中间合金 微观组织 力学性能

【摘要】：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-27CaMg-8Al-18CaMg-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。
【关键词】：Mg-Li合金 中间合金 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 镁锂合金11-12
• 1.2 镁锂合金的研究进展12-17
• 1.2.1 镁锂合金的发展历程12-13
• 1.2.2 镁锂合金的研究现状13-16
• 1.2.3 镁锂合金的研究趋势16-17
• 1.3 镁锂合金强化机制的研究17-19
• 1.3.1 细晶强化17
• 1.3.2 析出强化17
• 1.3.3 弥散强化17-18
• 1.3.4 固溶强化18
• 1.3.5 复合强化18-19
• 1.4 本课题研究的主要意义和内容19-21
• 1.4.1 主要意义19
• 1.4.2 主要内容19-21
• 第二章 实验内容及研究方法21-27
• 2.1 合金成分设计与实验材料21-22
• 2.1.1 合金成分设计21-22
• 2.1.2 实验材料22
• 2.2 工艺路线与试验设备22-23
• 2.3 合金的制备工艺23-25
• 2.3.1 合金的熔炼23-24
• 2.3.2 合金的吸铸24-25
• 2.4 显微组织分析及性能测试25-27
• 2.4.1 金相实验25
• 2.4.2 XRD衍射分析25
• 2.4.3 扫描电子显微镜（SEM）与能谱（EDS）分析25
• 2.4.4 室温拉伸试验25-26
• 2.4.5 显微硬度测试26-27
• 第三章 中间合金组织与力学性能的分析27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 中间合金组织及相组成分析27-33
• 3.3 中间合金的力学性能分析33-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 Ca添加方式对Mg-9Li合金组织及力学性能的影响37-59
• 4.1 引言37-38
• 4.2 合金的显微组织及相组成的分析38-51
• 4.3 合金的力学性能分析51-54
• 4.3.1 Mg-9Li-0.44Al-1Ca合金的力学性能分析51-53
• 4.3.2 Mg-9Li-1.33Al-3Ca合金的力学性能分析53-54
• 4.4 合金的断口形貌分析54-58
• 4.4.1 Mg-9Li-0.44Al-1Ca合金的断口形貌分析54-56
• 4.4.2 Mg-9Li-1.33Al-3Ca合金的断口形貌分析56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 Ca添加量对Mg-9Li合金组织及力学性能的影响59-73
• 5.1 引言59-60
• 5.2 合金的显微组织与相组成分析60-68
• 5.3 合金的力学性能分析68-70
• 5.4 合金的断口形貌分析70-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 结论73-75
• 参考文献75-85
• 致谢85-87
• 攻读学位期间发表的学术论文87

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本文编号：970309