【摘 要】
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镁合金作为工程应用中最轻的金属结构材料,既表现为密度低,又有比强度高、阻尼减振效果好等优点,在航空航天、交通运输、电子产品等领域具有极大的应用前景。近几年,镁稀土合金中长周期堆垛有序相(LPSO)因其特殊堆垛结构能够有效提升镁合金的力学及阻尼性能,备受学者关注,另一方面,镁锂合金具有比普通镁合金更低的密度,因其轻量化效果更佳同样成为研究热点。本文采用真空熔炼方法制备出了不同Li含量的Mg-4Y-2
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镁合金作为工程应用中最轻的金属结构材料,既表现为密度低,又有比强度高、阻尼减振效果好等优点,在航空航天、交通运输、电子产品等领域具有极大的应用前景。近几年,镁稀土合金中长周期堆垛有序相(LPSO)因其特殊堆垛结构能够有效提升镁合金的力学及阻尼性能,备受学者关注,另一方面,镁锂合金具有比普通镁合金更低的密度,因其轻量化效果更佳同样成为研究热点。本文采用真空熔炼方法制备出了不同Li含量的Mg-4Y-2Er-2Zn合金,探索了添加合金化Li元素及挤压变形工艺对合金微观组织、力学和阻尼性能的影响规律。本文采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)等分析测试仪器对合金的微观形貌、化学成分组成、物相组成及分布和原子堆垛方式等进行了观察和分析,进而探索合金性能变化的原因。本文的主要研究结果如下:铸造Mg-4Y-2Er-2Zn合金主要包括α-Mg基体相和层状长条18R-LPSO相。加入Li后,合金的晶粒尺寸逐渐减小,同时物相组成发生明显变化。当加入3wt.%Li时,合金中析出了不同于LPSO相但与其紧密相连分布在晶界的(Mg,Zn)24RE5相。5wt.%Li合金中没有LPSO相,却析出了(Mg,Zn)24RE5相并且出现了一种新的Mg5RE相。拉伸力学结果表明,铸造Mg-4Y-2Er-2Zn合金屈服强度为83MPa、抗拉强度为148MPa,加入3wt.%Li时,屈服强度达97MPa、抗拉强度达151MPa;当加入5wt.%Li时,合金强度得到大幅提升,屈服强度达136MPa抗拉强度达193MPa,这主要是因为该合金中含有大量的亚微米级Mg5RE相。阻尼性能测试结果表明,合金Mg-4Y-2Er-2Zn中由于含有高体积分数的18R-LPSO相,阻尼性能最优异为Q-1=0.102;合金Mg-5Li-4Y-2Er-2Zn阻尼性能最差,阻尼性能达到Q-1=0.038。合金Mg-3Li-4Y-2Er-2Zn阻尼性能介于两者之间。当Li元素溶解到Mg-4Y-2Er-2Zn合金中时,基体的晶格发生畸变,合金元素的原子聚集在位错线附近,当位错移动时,需要更大的剪切应力。另外,由于溶质原子是位错的弱钉扎点,限制了位错的运动,这样,合金中的可移动位错密度和有效位错长度减小从而使得阻尼下降。挤压变形处理之后合金的物相组成没有发生改变,合金中第二相得到破碎,且发生了动态再结晶。挤压变形显著提高了Mg-x Li-4Y-2Er-2Zn合金室温力学性能。Li元素的添加结合挤压变形显著细化Mg-x Li-4Y-2Er-2Zn合金晶粒,改善组织的均匀性,Mg-5Li-4Y-2Er-2Zn合金获得最高屈服强度227MPa。挤压之后阻尼性能下降,是由于挤压加工使位错密度急剧增加,应力分布复杂,容易产生位错网络和缠结,在阻尼测试中抑制合金位错产生,并使移动位错数量急剧减少。
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