新型Mg-Li-Al-Si合金制备及组织性能研究

发布时间：2017-08-03 04:18

  本文关键词：新型Mg-Li-Al-Si合金制备及组织性能研究

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【摘要】：随着全球工业化进程的推进和传统金属资源的日益贫化,加之国际大环境对金属结构件节能减排和轻量化的要求越来越强烈,镁合金作为一种轻质结构材料,它的开发应用成为各国研究的热点。镁锂合金作为迄今为止最轻的金属结构材料,以其比较高的比强度、比刚度、优良的抗高能粒子穿透能力和抗震性能,易切削加工和易回收等一系列优点,成为航空航天、兵器工业、核工业、汽车、3C和医疗领域比较理想且具有很大发展潜力的结构材料。但其绝对强度低、耐蚀性和高温蠕变性能差等不足使它的应用受到了极大的限制。因此,许多研究者希望能通过在镁锂合金中添加合金元素或者不同的热加工工艺来提高合金的综合性能。本文以研究的相对比较成熟的Mg-9Li-3Al合金为基础,通过对掺法制备了不同Si含量的Mg-9Li-3Al-x Si合金,并利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉伸试验机等对铸态合金的微观组织和力学性能进行研究。通过热压缩试验研究合金的热变形行为,制定合理的挤压工艺。随后对合金进行挤压试验,以探求挤压变形和热处理工艺对合金微观组织和力学性能的影响。具体的研究结果如下:①铸态Mg-9Li-3Al合金组织主要α-Mg、β-Li、Mg17Al12和少量的Al Li相组成,添加Si后,合金的组织明显得到细化,α-Mg相含量有所降低,Mg17Al12相和Al Li相逐渐被新生硬质Mg2Si相取代。研究发现当合金中的Si含量较高时,α-Mg相粗化,且在相界处出现块状和汉字状的Mg2Si相。②对铸态Mg-9Li-3Al-x Si合金的拉伸试验结果显示:合金中添加Si后,合金的抗拉强度和屈服强度有很大的提高,呈现出先增加后减少的趋势,合金的延伸率一直降低。当合金中的Si含量为0.1%,其强度达到最大值,分别为182.5MPa和136.8MPa,增幅分别达59.6%和52.6%,合金的延伸率为12.1%。③通过对铸态Mg-9Li-3Al-0.5Si合金的热力模拟试验结果研究分析,发现,合金在热变形过程中,其流变应力会随变形温度的升高而降低,随应变速率的升高反而降低,且在变形过程中伴有明显的动态回复再结晶现象。结合相关的研究,考虑变形温度和应变速率合金性能的影响,本试验将接下来合金的挤压温度定为260oC。④对铸态Mg-9Li-3Al-x Si合金进行挤压试验,研究结果表明:挤压过后,相对铸态合金而言,合金的成分没有发生变化,挤压过程中发生了动态再结晶,组织明显被细化,α-Mg相被挤碎,沿挤压方向被挤成长条状,Mg2Si相也被挤碎,在沿挤压方向在α-Mg相和β-Li相相界处相对弥散的分布。挤压态合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率都有很大提高。其中,当Si含量为0.5%时,合金的抗拉强度和屈服强度达到最大值,分别为244MPa和195MPa,延伸率增长为12.8%。⑤挤压态Mg-9Li-3Al-0.5Si合金进行热处理后的结果显示:合金的组织分布更均匀,350oC热处理温度下,抗拉强度屈服强度分别到达262Mpa和208.7Mpa,而延伸率也提高到16.64%。
【关键词】：镁锂合金 热变形 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 引言10-11
• 1.2 镁及镁合金11-17
• 1.2.1 金属镁的性质11-12
• 1.2.2 镁合金的特点12-13
• 1.2.3 镁合金的主要分类13-15
• 1.2.4 常用的变形镁合金15
• 1.2.5 镁合金的强化15-17
• 1.3 镁锂合金的研究概况17-21
• 1.3.1 镁锂合金的性质17-18
• 1.3.2 镁锂合金的合金化研究18-20
• 1.3.3 镁锂合金的应用及发展前景20-21
• 1.4 本课题的研究内容、意义及主要创新21-23
• 1.4.1 本课题的研究内容21
• 1.4.2 本课题的研究意义21-22
• 1.4.3 本课题的主要创新22-23
• 2 合金试样制备及试验方法23-30
• 2.1 试验工艺流程23-24
• 2.2 合金成分设计24-25
• 2.3 合金试样的制备25-28
• 2.3.1 原材料25-26
• 2.3.2 合金的熔炼26-27
• 2.3.3 热力模拟试验27
• 2.3.4 合金的均匀化处理27
• 2.3.5 合金的挤压工艺27
• 2.3.6 挤压合金的热处理27-28
• 2.4 合金的力学性能测试28
• 2.5 合金的组织性能分析28-29
• 2.5.1 合金的实际成分测定28
• 2.5.2 合金的金相制备及观察28
• 2.5.3 X-射线衍射分析28-29
• 2.5.4 SEM观察及EDS分析29
• 2.6 本章小结29-30
• 3 铸态Mg-9Li-3Al-x Si合金的微观组织及力学性能研究30-44
• 3.1 铸态Mg-9Li-3Al-x Si合金的实际成分30
• 3.2 铸态Mg-9Li-3Al-x Si合金的微观组织30-37
• 3.2.1 铸态合金的OM、SEM组织形貌分析30-32
• 3.2.2 铸态合金的EDS能谱及XRD分析32-35
• 3.2.3 Si对铸态合金的组织影响及细化机理35-37
• 3.3 铸态Mg-9Li-3Al-x Si合金的力学性能37-40
• 3.3.1 铸态合金的力学性能测试结果37-38
• 3.3.2 铸态合金拉伸断.的形貌观察38-40
• 3.3.3 Si铸态合金力学性能影响的分析40
• 3.4 铸态Mg-9Li-3Al-0.5Si合金热变形行为研究40-43
• 3.4.1 铸态Mg-9Li-3Al-0.5Si合金热压缩试验41
• 3.4.2 铸态Mg-9Li-3Al-0.5Si合金的应力应变曲线41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 挤压态Mg-9Li-3Al-x Si合金的微观组织及力学性能研究44-53
• 4.1 铸态Mg-9Li-3Al-x Si合金的均匀化处理44-45
• 4.2 挤压态Mg-9Li-3Al-x Si合金的微观组织45-49
• 4.2.1 挤压态合金的OM、SEM组织形貌分析45-47
• 4.2.2 挤压态态合金的EDS能谱及XRD分析47-49
• 4.3 挤压态Mg-9Li-3Al-x Si合金的力学性能研究49-51
• 4.3.1 挤压态合金的常温力学性能测试结果49-50
• 4.3.2 挤压合金断.的形貌观察50-51
• 4.4 挤压变形工艺对铸态合金组织性能的影响51
• 4.4.1 合金挤压过程中的组织演变51
• 4.4.2 挤压变形对合金力学性能影响的分析51
• 4.5 本章小结51-53
• 5 热处理对挤压态Mg-9Li-3Al-0.5Si合金的影响53-57
• 5.1 合金热处理后的OM、SEM形貌53-55
• 5.2 合金热处理后的力学性能测试55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 6 结论与展望57-59
• 6.1 结论57
• 6.2 展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-64
• 附录64

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