Mg-8Li-Y合金的组织结构和机械性能

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Mg-Li合金又称为超轻合金,镁的密度为1.738g/cm3,锂的密度为0.538g/cm3,在镁金属中加入锂,可降低镁合金的密度,改善合金的塑性和稳定性,成为一种性能较为优异的超轻结构材料。它不仅具有较小的密度,而且还具有高的比强度、比刚度和优良的减振性能及抗高能粒子穿透的能力,尤其是其变形性(可锻性)比其他镁合金好,因此是兵器、宇航、汽车、电子等领域的最理想的优选材料。目前,镁合金已进入一定规模的工业生产阶段。相比之下,对铸造铝锂合金的研究和开发还相当少。本文在综合论述镁锂合金研究进展的基础上,采用真空熔铸工艺和真空热处理工艺,对铸造Mg-8Li-Y系合金进行热处理工艺的研究。通过力学性能测试试验,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、硬度计等现代材料分析测试手段,研究了不同热处理工艺对Mg-8Li-Y系合金组织和性能的影响;分析了不同热处理工艺参数(固溶时间、固溶温度、时效时间和时效温度)对合金组织和力学性能的影响程度;探讨了铸造Mg-8Li-Y系合金的热处理强化机理。研究结果表明:1.铸态Mg-6.84Li合金主要由β-Li相和呈长条状的α-Mg相组成。2.淬火热处理可以大幅度的提高Mg-6.84Li合金的抗拉强度和屈服强度,随着淬火热处理温度的升高,Mg-6.84Li合金的抗拉强度,屈服强度逐渐增强,延伸率逐渐降低。3.Mg-6.84Li合金和Mg-8Li-xY系合金在热处理过程中会出现单一α相在表层的偏聚现象,当升温速度大于10℃/min,保温温度在300℃以上,对该系合金热处理可以使其表层出现α相的表层偏聚。4.合金在密封空间里的热处理过程中,只有试样的表面积和封存空气比例大于1/40(mm-1)才可以使表层出现α相的偏聚,冷却速度对偏聚层的致密性有影响,冷却速度越快,表层α相偏聚层的致密性越好。5.稀土Y可以在一定程度上细化Mg-Li系合金中α-Mg相的组织,随着Y含量的增加,合金的组织发生了重大的变化,生成了新的硬化相γ相;当Y含量超过6wt%后,大量的γ相会富集在晶界处形成网络结构;当Y含量达到10wt%后,合金中的α-Mg相会消失。6.Y有效地提高了Mg-Li系合金的抗拉强度,屈服强度。当Y的加入量为4wt%时,合金的抗拉强度升高17.5%,而延伸率还有43.4%,获得了比较好的力学性能。7.500℃热处理可以使Mg-8Li-Y系合金获得较好的力学性能,其中Mg-8Li-2Y合金的淬火热处理后抗拉强度的最高值可达到211MPa,相对于铸态增幅为71%,同时其延伸率仍为15.6%,这对于获得性能良好的工程材料具有重要的意义。8.随淬火温度升高(300℃~500℃),Mg及γ,(Mg24Y5)相在β相中的固溶程度增加,伴随着β相晶格常数的降低,合金淬火硬度增加;同时,淬火温度升高至500℃,固溶程度增加和γ(Mg24Y5)相的圆球状均匀分布,二者共同作用使合金抗拉强度有大幅度提高。9.150℃时效后,一方面由于晶粒长大,另一方面长时间保温时效后Mg和Y在β相中固溶度降低,α相和γ相沿β相晶界析出,导致合金抗拉伸强度及延伸率有所下降。
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