添加Y、Sc和Zr对Mg-14Li-3Al合金微观组织与力学性能的影响

发布时间：2020-06-30 09:40

【摘要】：镁及镁合金是至今用到的最轻的金属结构材料,它具有低密度、高比强度和比刚度、优良的机械加工性能、良好的导热性以及优异的电磁屏蔽性能这些特点,但其强度低,这限制了它成为常用的结构材料。于是人们在纯镁中添加不同的合金元素以提升它的性能。本文采用真空熔炼的方法制备出微合金化的镁锂合金铸锭,通过向Mg-14Li-3Al合金中添加Y、Sc、Zr等合金元素,利用这些合金化元素与合金中含量较高的Al元素形成尽可能多的第二相以改善其力学性能,通过后期热轧处理对得到的铸态合金进行形变强化。利用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了合金的显微组织变化,采用万能电子拉伸机、显微硬度计等仪器测试了合金的力学性能,主要研究内容及研究结果如下:在Mg-14Li-3Al合金中添加5种不同成分的Y、Sc和Zr,研究得到的铸态Mg-14Li-3Al-1Y-0.2xSc-0.1xZr合金的微观组织与力学性能。之后将铸态Mg-14Li-3Al-1Y-0.2xSc-0.1xZr合金在200℃下以4种压下量进行热轧,观察形变强化后合金的微观组织并测试其力学性能,得到微观组织和力学性能的关系。在铸态Mg-14Li-3Al合金中添加Y、Sc、Zr能减小合金的平均晶粒尺寸和形成新的析出相。Y和Sc能够与合金中的Al形成Al_3Sc-Al_2Y复合粒子,随着稀土添加量的增多,在合金中形成的Al_3Sc-Al_2Y复合粒子的析出量也在增多。在添加稀土含量为1Y-0.2Sc-0.1Zr、1Y-0.4Sc-0.2Zr、1Y-1.0Sc-0.5Zr的合金中还存在一种含有AlSc_2的相。当Zr含量低于0.4%时,Zr全部固溶在基体中;当Zr含量等于0.5%时,超出固溶度的Zr开始大量偏聚。稀土元素的加入使铸态Mg-14Li-3Al合金的强度和硬度得到提升,但是却降低了它的塑性。提高铸态合金强度的原因是稀土元素的固溶强化、细晶强化以及形成的析出相的弥散强化。添加稀土元素降低合金塑性的原因是在熔炼合金的过程中不可避免的引入夹渣和缺陷,加上稀土元素的固溶和形成第二相引起合金内部的应力集中和缺陷,导致了铸态合金塑性的下降。铸态Mg-14Li-3Al-1Y-0.2xSc-0.1xZr合金板材在经过200℃热轧处理后,合金的强度和硬度明显提高,塑性得到改善。最终,综合力学性能最好的合金的抗拉强度达到186 MPa,比铸态Mg-14Li-3Al合金提高了51 MPa;屈服强度达到171MPa,比铸态Mg-14Li-3Al合金提高了51 MPa;延伸率达到24.8%,比铸态Mg-14Li-3Al合金提升了个6.2个百分点。硬度值最高的是经80%压下量热轧的2号合金,达到72HV0.2,比铸态时提升了13HV0.2。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22
【图文】：

相图,相图,镁锂合金

图 1.1 Mg-Li 二元平衡相图.1 镁锂合金的发展镁锂合金自被发现以来就引起科学界的不断探索，科学家们一直试图将其特性领域中。冷战时期，镁锂合金的独特性能引起了处在军备竞赛状态的美苏两国的重视，镁锂合金的主要研究成果也出自这两个国家，美国 NASA 开发了 M113 型装甲体用镁锂合金和 LA141 合金，并将其作为当时航空材料的标准。1950 年前后美国的科学家就尝试通过合金化来改善镁锂合金的低强度和提高它的热稳定性却不尽人意。1960 年左右镁锂合金的研究进入低潮期，但从未停下脚步。1960-美国洛克希德导弹与航空公司和美国国际商业机器公司根据美国宇航局提供的LA141 合金进行了深入探索，使镁锂合金在航天飞机土星五号运载火箭的零部应用，使火箭整体减重约 20kg，极大地减少了火箭需要携带的燃料[40,41]。1965 年前后至 1990 年前后，前苏联科学家研究出了 MA21、MA18 等高强可

铸态,金相组织,合金

图 3.1 铸态 Mg-14Li-3Al 合金（0 号）的金相组织(a)50× （b）200×从镁锂相图可以得出 Mg-14Li-3Al 合金是镁溶于锂中形成的β相固溶体。由图以看出，除了一些腐蚀坑外，并无明显的第二相，Mg-14Li-3Al 铸态合金为单相结构粒粗大且形状各异，晶粒大小不一，晶界较为清晰，边界形状呈多边形，多边形各接近直线。通过放大 50 倍的金相组织照片利用截线法计算出来的铸态 Mg-14Li-3金的平均晶粒尺寸为 565μm。．1 号（Mg-14Li-3Al-1Y-0.2Sc-0.1Zr）(a) (b)

【参考文献】