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本文采用电阻炉熔炼锂盐熔剂保护的方法制备了超轻Mg-xLi(x=4,8,12)合金,Mg-8Li4Zn-xY(x=1,2,3)合金及Mg-8Li-4Zn-xGd(x=1,3,5)合金;对Mg-8Li合金及Mg-8Li-4Zn-3Y合金进行了T5时效热处理,并对Mg-8Li-4Zn-3Y合金和Mg-8Li-4Zn-3Gd合金进行了T4固溶、T6固溶+时效热处理;随后将Mg-8Li-4Zn-xY合金正挤压成1mm厚薄板,并对薄板进行了T5时效热处理。利用OM、SEM、EDS、XRD、差热分析等方法分析了合金的组织与相组成,测试了合金的室温力学性能。经分析得出以下结论:
1、三种成分的Mg-Li合金组织为α-Mg相,α+β两相及β-Li相;随着锂含量的增加,铸态Mg-Li合金的硬度先升高后降低,而合金的塑性逐渐提高;T5处理后Mg-8wt%Li合金组织中α-Mg相显著增加,晶粒尺寸得到细化,合金的硬度比铸态有显著提升,且时效温度越高,时间越长,其硬度越大。
2、Mg-8Li-4Zn-xY合金基体为β-Li(bcc)和α-Mg(hcp)相,析出强化相颗粒和化合物为Mg2Zn11,Mg72.05Zn27.95,MgZn,Mg2Y,MgY及未知相。随Y含量的增加,基体组织得到细化,析出相数量增加。
3、1mm正挤压薄板材基体组织大小、形貌和β-Li相内弥散析出的强化相颗粒数量随着Y含量的提高没有明显变化,但α-Mg相由β-Li相包裹着被拉长并得到一定程度的细化,呈平行于挤压方向的条带状。β-Li相在协调塑性变形的同时发生了动态再结晶,晶界均匀分布着强化相颗粒。
4、Mg-8Li-4Zn-xGd合金主要由离异共晶β-Li(bcc)和α-Mg(hcp)相构成,随着Gd含量的提高,α-Mg相晶粒得到细化,而且合金中的共晶Mg5Gd和分布于共晶Mg5Gd相边缘的Zn12Gd化合物逐渐连成网状,并将离异共晶α+β相隔离成20-40μm的等轴状或类似于铸铁中的共晶团状;组织中大颗粒的Mg2Zn11相弥散分布于β-Li相内,Mg51Zn20相分布于α-Mg相晶界;细小的MgZn相在β-Li相内弥散析出,含量相对较少,但随Gd含量的提高而增加。
5、Mg-8Li-4Zn-3Y合金和Mg-8Li-4Zn-3Gd合金在T4固溶热处理过程中,组织中的强化相逐渐减少,α-Mg相晶粒尺寸比铸态时大,形貌亦变得不规则,合金的硬度下降很多,且这种现象随固溶温度和固溶时间的增加越来越明显;而在接下来的T5时效热处理过程中,组织中又逐渐析出一些强化相颗粒,合金的硬度也有一定程度的提高,但与铸态相比仍有一些差距。
6、压缩过程中试样均呈鼓形后再开裂,其中组织中含有α-Mg相的Mg-Li合金和Mg-8Li-4Zn-3Y合金无论是铸态还是T5时效热处理态,断裂行为均是与轴向大致呈45°的剪切断裂,而具备单一β-Li相的Mg-12wt%Li合金为与试样轴向平行的正断劈裂。175℃保温12h可以使Mg-8wt%Li合金和Mg-8Li-4Zn-3Y合金都既保持较高抗压强度,同时又保持较好的塑性变形能力。
7、随着Y含量的增加,不论是铸态、挤压后1mm的Mg-8Li-4Zn-xY合金薄板还是经T5时效热处理后薄板,合金的硬度及抗拉强度均得到不同程度的提高,而伸长率却有所降低。此外,挤压后,合金的硬度及强度与铸态相比有显著提高,而伸长率却变化不大,薄板经过T5时效热处理后硬度和强度进一步提高,抗拉强度甚至超过了250MPa,但伸长率却下降不少,仅为17.6%。而随着Gd含量的增加,Mg-8Li-4Zn-xGd合金的硬度及抗拉强度随之大幅度提高,同时伸长率也随之明显降低。