超轻变形镁锂合金制备和性超轻变形镁锂合金制备和性能分析能分析 中国铝业郑州研究院 轻金属材料研究所11、应用背景、应用背景2、实验过程、实验过程3、材料性能分析、材料性能分析4、过时效现象、过时效现象5、结论、结论内内 容容21、应用背景、应用背景 3 镁合金是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料，按成型工艺可分为铸造镁合金和变形镁合金。目前比较常见的镁合金材料大部分是压铸工艺生产的铸造镁合金，主要应用于汽车零件和机件壳罩等构件（如图1所示）；由于镁合金晶体结构为密排六方造成其变形困难且容易开裂，因此研究变形镁合金的成型性能，对于提高镁合金的推广和应用具有重要的意义。应用背景应用背景图 1 镁合金压铸件4镁锂合金则是目前最轻的金属结构材料，比普通镁合金轻1/4-1/3，比铝合金轻1/3-1/2所以镁锂合金故又被称为超轻合金，由于金属锂可以与镁形成立方结构的相，使镁合金获得具有良好的塑性、比强度和比刚度在汽车、3C、航空、航天等领域具有较好的应用前景图 3 宇航领域应用5图 2 变形镁锂合金2、实验过程、实验过程6研究内容由于Mg-Li合金化学性质活泼，熔炼条件要求较高，限制了它的应用，本次研究拟进行合金成分设计、铸造工艺、挤压工艺和轧制工艺等措施，成功生产出相对密度1.5，强度200MPa以上的Mg-Li合金板材；试验方法采用真空熔炼方式获得MgLi9RE、MgLi16RE和MgLi45RE铸锭，经过均匀化退火之后，分别挤压成606mm的板材，在此基础上继续进行轧制，最终得到厚度为0.5mm的薄板。通过DTA、XRD、SEM分析以及显微硬度、金相观察等分析所得合金试样的各方面性能。实验过程实验过程7图 4 镁锂合金铸锭图 5 可浮于水面的MgLi45合金铸锭图4为浇注成型的镁锂合金铸锭，图5为MgLi45合金，由于合金中含有大量金属锂，合金密度迅速下降，整块铸锭可完全漂浮于水面上。8图6为通过挤压成型后所得镁锂合金板材，继续对合金进行退伙，最终得到轧制板材（如图7所示）。9图 6 镁锂合金挤压板材图 7 镁锂合金轧制板材3、材料性能分析、材料性能分析 10材料性能分析材料性能分析11图 8 铸态MgLi9RE合金XRD分析图 9 挤压态MgLi9 RE合金XRD分析 从上图中观察到MgLi9RE合金主要由相、Li2MgAl相和Al2RE相组成，铸态下的产生的AlLi相可能是由于铸锭存放时间较长，由Li2MgAl相分解产生；上图MgLi16RE合金铸态和挤压态下的XRD图谱可以看到2随Li含量增加合金没有新相出现，其主要成分为相和Al2RE相。12图 10 铸态MgLi16RE合金XRD分析图 11 挤压态MgLi16RE合金XRD分析13图 12 MgLi9RE和MgLi16RE合金铸态和挤压态横、纵截面金相照片 aMgLi9RE合金铸态; bMgLi9RE合金挤压态横截面; cMgLi9RE合金挤压态纵截面; d. MgLi16RE合金铸态; e. MgLi16RE合金挤压态横截面; f. MgLi16RE合金挤压态纵截面从图12中看到，两种合金皆为单相组织，MgLi9RE合金的晶界上存在少量析出物，并且第二相呈团状分布，热挤压变形后合金的金相实验观察中没有发现扁平状晶粒，也没有发现横、纵截面明显的晶粒形貌差别，这些现象的产生主要是因为在挤压过程材料发生了明显的动态再结晶，使挤压过程中被打碎的晶粒在挤压结束后就已经长大。三种合金铸态和挤压态下的力学性能。由表可知MgLi9RE合金经过挤压变形之后，性能出现显著提高，硬度由铸态的58.55HV升高到挤压后的65.68HV，提高了12.2%，14编号铸态硬度/HV挤压态硬度/HV铸态抗拉强度/MPa挤压态抗拉强度/MPa挤压态延伸率/%MgLi9RE58.5565.68153.62205.4443.24MgLi16RE101.293.5189.36182.881.09表 1 MgLi9RE和MgLi16RE合金铸态和挤压态下的力学性能15图 13 合金挤压态拉伸曲线 a. MgLi9RE 合金；b. MgLi16RE合金 在室温拉伸实验中挤压态的MgLi9RE合金抗拉强度也提高了33.7%； MgLi16RE合金挤压变形后则硬度和强度都出现了不同程度的下降，MgLi9RE合金延伸率达到了43.24%， MgLi16RE合金延伸率只有1.09%MgLi9RE合金的断口看不到晶粒形貌而且存在大量“韧窝”，属于典型的韧性断裂； MgLi16RE合金的断口可以看到完整的晶粒和裂纹源，属于典型的沿晶脆性断裂。16图14 挤压态合金拉伸试样断口扫描照片 a. MgLi9RE 合金；b. MgLi16RE合金174、合金过时效现象、合金过时效现象图 15 不同时期MgLi9RE合金铸态的金相照片 a.初始金相 b.50天后金相18 过时效是指当时效温度超过正常时效温度，此时材料内部的析出相开始长大，间距变大，宏观表现为材料得强度降低，塑韧性有所提高。 对MgLi16RE合金进行退火热处理时，合金的硬度由铸态时58.55HV降至52.69HV，挤压态的硬度由65.68HV降至56.36HV，通过金相观察发现晶界处析出物明显增多（如图15所示）。19 选用MgLi16RE合金挤压态试样若干做时效处理，观察合金的过时效现象，对MgLi16RE分别于40,50,70和90进行不同时间的时效处理，测定合金不同时效温度下的硬度变化行为。图16为该合金的时效硬度曲线。图 16 MgLi16RE合金挤压态的时效硬度曲线MgLi16RE合金没有明显的时效强化现象，随着时效温度的升高，硬度越来越低；在70和90时效时，硬度在2h内迅速下降，之后几乎保持不变；在40和50时效时，硬度变化不明显。 205、结论、结论211）热挤压变形后合金在挤压过程材料发生了明显的动态再结晶，使挤压过程中被打碎的晶粒在挤压结束后就已经长大。2）挤压态的MgLi9RE合金抗拉强度也提高了33.7%； MgLi16RE合金挤压变形后则硬度和强度都出现了不同程度的下降，MgLi9RE合金延伸率达到了43.24%， MgLi16RE合金延伸率只有1.09%。3） MgLi16RE合金70和90时效时，硬度在2h内迅速下降，出现过时效现象。结论结论2223