添加Al-Si对镁锂合金组织性能的影响
本文选题：镁锂合金 切入点：Al-Si共晶 出处：《太原理工大学》2017年博士论文
【摘要】：镁合金具有质轻、高比强度及高韧性等特点,在航空、航天和3C(计算机、通信、消费类电子产品)等领域具有广阔的应用前景。其中,Mg-Li合金是目前最轻的金属结构材料,也被称为超轻镁合金。它具有低密度、高比强度和良好的塑性加工性能等优点,已经在航空航天、军工以及通讯电子等领域有了一定的应用。现有的Mg-Li合金材料分为单一α相、α+β双相、单一β相三类。其中,单一α相合金塑性较差;α+β双相合金塑性明显提高,但目前强度还有待进一步提高;单一β相合金塑性高,但强度较低。且所有Mg-Li合金耐热性、耐腐蚀性均较差。本文以提高Mg-Li系合金强度为目标,探索了添加Al-Si共晶合金及塑性变形和热处理等对合金组织和力学性能的影响。本论文采用磁悬浮感应加热在氩气保护下制备了Al-Si共晶合金(其中Si含量:12.6wt%),将其按质量比与纯镁、纯锂混合,磁悬浮熔炼获得如下三类合金:Mg-4Li-x(Al-Si)、Mg-8Li-x(Al-Si)和Mg-12Li-x(Al-Si)。通过多道次热轧获得1.6 mm厚的合金板材,对比了轧制态和热处理态板材的力学性能。采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和纳米压痕仪分析表征了合金的微观组织和力学性能。研究了不同Al-Si含量下Mg-Li合金的组织结构及强化机理。在此基础上,借助等径角挤压进一步探索了强塑性变形对Mg-12Li-3(Al-Si)合金组织和性能的影响。研究结果表明:在单一α相Mg-4Li合金中添加Al和Al-Si都使合金的强度得到了明显提高、伸长率有所降低,但Al-Si共晶合金对Mg-4Li合金的强化效果要高于单一Al的添加。Mg-4Li-3(Al-Si)的抗拉强度和伸长率分别达到289MPa和12.2%,而Mg-4Li-3Al为274MPa和11.2%。随着Al-Si的进一步加入,Mg-4Li-6(Al-Si)合金的抗拉强度进一步提高,但伸长率下降,分别为359 MPa、10.2%。通过EBSD技术对Mg-4Li-3Al进行表征分析,得出其强化机理主要是孪晶强化和第二相强化。对Mg-4Li-6(Al-Si)进行TEM表征分析,得出强化机理主要为第二相强化和细晶强化,第二相强化相为小颗粒状Al3Li和大块状Mg2Si。Mg-4Li、Mg-4Li-3Al、Mg-4Li-3(Al-Si)、Mg-4Li-6(Al-Si)四种合金退火后抗拉强度都有少量的下降,但伸长率明显提升。在α+β双相Mg-8Li合金中添加Al-Si使合金的抗拉强度得到了明显提高,但伸长率有所降低。Mg-8Li-5(Al-Si)具有最佳的综合力学性能,抗拉强度为240 MPa,伸长率为12.5%。随着Al-Si共晶添加量的增加,合金的抗拉强度继续升高,但伸长率快速下降。通过OM和XRD技术对Mg-8Li-x(Al-Si)进行表征分析,得出添加Al-Si后α相由长条状向块状转变,组织内的析出强化相为AlLi和Mg2Si相;对铸锭均匀化退火后,板材的抗拉强度和伸长率都得到了提高;然后对Mg-8Li-5(Al-Si)进行纳米压痕测试,得出α相的加载力和弹性模量要高于β相。在单一β相Mg-12Li合金中添加Al-Si使合金的强度得到了明显提高,同时还保持了很高的伸长率。通过SEM和XRD技术对Mg-12Li-x(Al-Si)中的析出相进行表征分析,得出组织内的析出强化相为AlLi和Mg2Si相,随着Al-Si共晶添加量的增加,Mg2Si析出相由分散到团聚,合金的强拉强度先升高后降低,当Al-Si共晶合金添加量为9%时,Mg-12Li-9(Al-Si)合金中脆性相Mg2Si白色颗粒团大量聚集,合金的强度和塑性都发生了不同程度的降低,Mg-12Li-7(Al-Si)综合力学性能最佳,抗拉强度为195 MPa,伸长率接近30%。
[Abstract]:The microstructure and mechanical properties of Mg - Li alloy were studied by means of optical microscope , scanning electron microscope , transmission electron microscope and nano - indentation instrument . The tensile strength and tensile strength of Mg - 8Li - x ( Al - Si ) alloy were significantly improved . The tensile strength and elongation of Mg - 8Li - 5 ( Al - Si ) alloy were significantly improved .
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.22
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，本文编号：1693282
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