镁锂合金力学与阻尼性能的研究

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随着当今航空航天、交通运输以及3C产品的不断发展,对合金材料轻量化及减振降噪性能的要求逐渐提高,镁合金以其密度小,阻尼性能好的特点成为最有前景的合金材料之一。然而镁合金的强度与阻尼性能不可兼得的矛盾使合金的实际应用受到制约。镁锂合金是迄今为止密度最小的合金材料,合金中Li元素的添加,使合金的晶体结构发生改变。体心立方结构的出现使镁锂合金的阻尼机制发生改变,能有效的改善合金的加工性能,因此具有更广阔的应用前景。但目前并未对镁锂合金阻尼性能及力学性能进行进一步的研究,对镁锂合金高阻尼性能仅仅停留在定性的认识上,镁锂合金中阻尼机理及变化规律的研究仍然未知。针对这一问题,本文通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)扫描电子显微镜SEM/能谱散射光谱EDS、拉伸性能测试、振幅-阻尼测试及温度-阻尼测试等分析方法,系统的研究了二元镁锂合金中的阻尼机理及其各项性能规律,并对二元合金进行合金化处理,分析了其合金化的影响及规律,为进一步实现镁锂合金的开发应用打好基础。本文首先对二元体系的Mg-xLi合金进行分析,通过对不同相组成的Mg-xLi合金进行性能测试得出结论:Li元素的添加能有效的改变合金的晶体结构及相态组成,并起到细化晶粒的作用。合金的临界应变振幅及阻尼性能也随着Li含量的增加而增加。而合金中β-Li相的出现,大幅度的提高了合金的屈服强度、抗拉强度及延伸率,其中两相共存状态的合金强度最高,且阻尼性能稳定。而镁锂合金中的阻尼机理不再是一般镁合金中的位错钉扎理论,而是出现了一种新的叠加阻尼机理。合金在低温区域出现一个位错阻尼P1峰;而在高温区域出现一个晶界滑移P2峰,说明合金中晶界阻尼及位错阻尼均对阻尼性能起到了贡献。之后,本文对三种相态中表现较好的两相共存状态进行进一步的分析,通过对两相共存状态下不同Li含量合金的研究,得出:两相区合金的强度随Li含量的变化较小,而当锂含量为8.5wt.%时,合金中的α-Mg相出现两种不同的晶粒形貌,较大的增强了合金的阻尼性能及力学性能。同时也进一步验证了镁锂合金中的阻尼机理,是由低温区域的位错钉扎以及高温区域的晶界滑移和位错攀移阻尼叠加而产生的新型阻尼机制。其中低温条件下位错钉扎对阻尼性能起作用;而高温条件下主要受晶界滑移及位错攀移阻尼的影响。最后,本文选用Al元素对镁锂合金进行合金化处理,通过对Mg-xLi-Al三元合金各项性能的测试,得出结论:Al元素的添加使合金中β-Li相出现的同时在晶界处出现第二相MgAlLi2。这种第二相的出现增强了合金的阻尼性能,同时通过第二相强化,提高了合金的屈服强度及抗拉强度,但是对延伸率具有阻碍作用。合金化后的两相共存状态三元Mg-xLi-Al在强度最高的同时具有最好的阻尼性能,实现了力学性能与阻尼性能的平衡。
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