论文部分内容阅读
镁锂合金是迄今为止发现的密度最小的金属结构材料,并且具有高比强度、比刚度特点,在国防军事、航空航天、核工业、电子3C产品等领域有着巨大的发展潜力。单α相镁锂合金绝对强度相对较高,但是塑性成形能力较低,这一缺点大大限制它的应用。而大塑性变形工艺(Severe Plastic Deformation,SPD)可以细化材料组织、改善织构,最终获得高强度、高塑性的材料。其中包套压缩变形工艺(Canning Compression)能够提供三向压应力,抑制加工过程中裂纹的萌生,提高材料在中温甚至室温下的塑性成形能力。因此,本文对单α相Mg–5Li–3Al–2Zn(wt.%)合金在室温和中温下进行包套压缩变形实验。通过X射线衍射技术(XRD)、电子背散射衍射技术(EBSD)、透射电子显微技术(TEM)和高分辨电子显微技术(HRTEM)等方法,探究固溶工艺、包套压缩工艺对合金组织和性能的影响;系统分析了室温和中温包套压缩变形过程中Mg-5Li-3Al-2Zn镁锂合金中位错、孪晶等变形组织和织构演变过程;并对Al Li第二相在变形中的大小、形貌、数量、分布等特点进行研究;在此基础上,探究了基体中第二相与孪晶之间的相互作用机制,对比室温压缩和中温压缩中形变组织差异,揭示镁锂合金在不同温度下包套压缩塑性变形行为以及变形机制,丰富镁锂合金塑性成形理论基础,对未来工业化生产具有指导意义。本文研究结论如下:(1)固溶温度、固溶时间对材料组织造成显著影响:在325℃下进行2~4h固溶处理后,组织界面清晰,但仍有大量Al Li第二相沿着晶界分布,呈层片状;温度提升至350℃时,发现固溶2h后丝状Al Li第二相在晶内和晶界的分布明显下降,而随着时间延长,固溶4h后又有须状Al Li相析出。综合对比,选择350℃-2h为固溶工艺的最佳参数。(2)随着包套厚度的增加,提供的三向压应力显著提高,能够抑制裂纹萌生,显著提高材料压缩成形能力,结合压缩变形行为确定最佳壁厚为4mm。在室温下包套压缩最大变形量为31%,240℃中温下包套压缩最大变形量达到53%,与室温下普通压缩变形量17%相比,包套压缩将变形量提高约2~3倍。(3)通过对室温包套压缩不同变形量6%、16%、26%下的显微组织研究,发现随着变形量的增加,变形孪晶形貌与数量都发生很大的改变:前期小变形时主要为透镜状的平行、交叉的{10(?)2}拉伸孪晶,当变形量增加至16%时,出现了少量的{10-11}-{10(?)2}压缩-拉伸双孪晶,并且较多的滑移被激活,两者共同协调镁锂合金室温包套塑性变形。拉伸孪晶的孪生变体选择遵循了Schmid定律,并且多种孪晶变体被激活的概率得到提升,有利于初始随机织构转变为晶粒c轴偏向CD压缩方向的织构。在形变组织和织构的共同作用下,材料硬度由固溶态72HV提高至96HV。(4)中温240℃包套压缩变形时Mg-5Li-3Al-2Zn合金的最大变形量达到53%。对压缩变形量13%、26%、40%、53%的样品微观组织和变形织构研究发现:与室温相比中温变形析出较多细条状和块状Al Li第二相;另外,由于温度升高,非基面<c+a>滑移的临界剪切应力降低,使其在压缩时被大量激活;样品中大量的第二相、位错、孪晶组织之间的交互作用,共同协调中温压缩变形,显著提高了样品中温成形能力。对中温包套压缩变形后的样品进行硬度测试后,发现显微硬度随着压缩变形量的增加先升高达到最大值104HV,随后降低再升高,这与室温变形的硬度变化规律不一样。主要是压缩初期的丰富第二相与孪晶、位错的交互作用,导致材料加工硬化,硬度显著提高;而在变形量达到26%时,形成了剪切带,在孪晶组织交叉处,存在较大的应力集中,导致了动态再结晶形核,所以造成了材料动态软化,硬度值有所下降;随后变形过程中形变强化占主导地位,进而让硬度得到提高。