Sr对Mg-9Li-3Al合金显微组织及高温力学性能研究

论文摘要

镁锂合金是目前最轻的合金,具有低密度、高比强度、高比刚度、阻尼性能好等一系列优点,因而在航空航天、电子通讯等领域得到日益广泛的应用。然而镁锂合金由于高温下强度较低、抗蠕变性能差大大限制了其应用。本论文以Mg-Li-Al系合金为基础,采用“对掺法”制备Mg-Sr中间合金和Mg-9Li-3Al-xSr合金,利用光学显微镜、SEM扫描电镜、X射线衍射分析仪和高温力学性能测试等检测手段对铸态、热处理态和挤压态实验合金进行表征,研究了不同Sr含量对不同状态合金微观组织和高温力学性能的影响规律,分析了合金的高温强化机理及断裂机制。研究结果表明,碱土Sr在合金中生成了高温硬质相Al4Sr,主要沿晶界分布,具有细化晶粒的作用。当Sr的含量为2.5wt%时,合金晶粒明显细化。合金在挤压过程中发生了动态再结晶,晶粒大小变得更加细小均匀,Al4Sr化合物相从连续网状分布转变为块状和颗粒状均匀分布于合金基体,进而提高了合金的力学性能。对合金进行100℃和150℃高温拉伸测试,结果得出,锶的加入提高了合金的耐热性能,含Sr的合金高温抗拉强度相对于Mg-9Li-3Al合金明显提高,挤压态合金高温力学性能明显优于铸态。合金高温的断裂面形态特征表明,随着Sr元素的含量增大,Mg-9Li-3Al合金沿晶断裂的趋势有所增加。挤压态合金在100℃时,延伸率均在10%以上,当Sr的含量在2.5wt%左右时,合金抗拉强度达到最大值225.3Mpa,比Mg-9Li-3Al合金提高15.7%,此时实验合金的综合力学性能最佳。Sr提高Mg-9Li-3Al合金高温性能的机理主要表现为:Sr优先与偏聚在晶界的Al结合而形成高熔点（1040℃）的Al4Sr相,Al4Sr的数量随Sr加入量的增加而增多,使Mg17Al12、AlLi数量减少,而Al4Sr热稳定性好,有效地阻止位错滑移和晶界滑动,增强了合金的耐热性能。Sr含量过高则导致Al4Sr呈聚集分布,降低合金的力学性能,相反,适量的Sr会提升合金的性能。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金发展概述
• 1.2.1 镁及镁合金基本特性
• 1.2.2 变形镁合金的研究前景
• 1.3 镁合金高温性能研究概述
• 1.3.1 镁合金塑形变形机理
• 1.3.2 镁合金高温强化机制
• 1.4 镁锂合金研究概况
• 1.4.1 主要镁锂合金系
• 1.4.2 镁锂合金研究现状及应用前景
• 1.5 本课题的研究内容、意义及创新点
• 1.5.1 课题研究内容
• 1.5.2 课题研究意义
• 1.5.3 课题的主要创新点
• 2 试样制备及研究方法
• 2.1 试验工艺流程
• 2.1.1 Mg-Li-Al-xSr 合金制备及微观组织研究路线
• 2.1.2 合金高温力学性能测试路线
• 2.2 合金的成分设计
• 2.3 试验制备工艺
• 2.3.1 原材料
• 2.3.2 镁基多元合金的制备
• 2.3.3 均匀化热处理
• 2.3.4 挤压变形
• 2.4 材料高温力学性能测试
• 2.4.1 测试设备
• 2.4.2 测试方法
• 2.5 材料的表征手段
• 2.5.1 合金实际成分的确定
• 2.5.2 金相观察
• 2.5.3 X 射线衍射分析
• 2.5.4 微区扫描电镜及能谱分析
• 2.5.5 高温拉伸断口扫描分析
• 2.6 本章小结
• 3 Sr 对 Mg-9Li-3Al 合金微观组织的影响研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验合金的实际成分
• 3.3 铸态合金的微观组织分析
• 3.3.1 OM、SEM 形貌分析
• 3.3.2 EDS 能谱及XRD 物相分析
• 3.3.3 Sr 对铸态合金细化机理探讨
• 3.4 实验合金均匀化热处理
• 3.4.1 均匀化处理工艺
• 3.4.2 均匀化热处理显微组织分析
• 3.4.3 XRD 物相分析
• 3.5 挤压态合金的显微组织
• 3.5.1 OM、SEM 形貌分析
• 3.5.2 挤压态合金EDS 能谱分析
• 3.5.3 Sr 在挤压态合金中的存在形态分析
• 3.6 本章小结
• 4 Mg-9Li-3Al-xSr 合金高温力学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 铸态Mg-9Li-3Al-xSr 合金的高温力学性能
• 4.2.1 Sr 对铸态合金高温力学性能的影响分析
• 4.2.2 铸态合金拉伸断口形貌分析
• 4.2.3 Sr 对合金高温力学性能影响分析
• 4.3 挤压态Mg-9Li-3Al-xSr 合金的高温力学性能
• 4.3.1 Sr 对挤压态合金高温力学性能分析
• 4.3.2 挤压态合金拉伸断口形貌分析
• 4.3.3 不同状态合金高温力学性能比较
• 4.3.4 挤压态实验合金力学性能提高原因[59-65]
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录