超轻Mg-9Li-2Zn合金轧制工艺与组织性能研究

论文摘要

Mg-Li合金具有质轻、高比强度及高韧性等特点,在航空、航天、3C等领域具有广阔的应用前景。但现有的Mg-Li合金材料存在耐热性差、易氧化、易腐蚀等问题,严重制约了材料的进一步推广应用。因此,优化Mg-Li合金的熔铸工艺,研究Mg-Li合金的轧制工艺,分析合金变形机制,以进一步提高合金板材的力学性能,已成为拓展Mg-Li合金应用领域的关键。本论文采用实验研究和理论分析相结合的方法,通过金相和扫描电镜观察、电子万能拉伸、X射线衍射分析、能谱分析等手段,系统地研究了Mg-Li合金的熔铸和轧制工艺,探讨了合金退火热处理过程中的软化机制,确定了完整的Mg-Li合金制备-轧制加工-热处理的最佳工艺。另外,论文还探讨了微量Al和Ca元素的添加对Mg-Li合金组织和性能的影响规律及其作用机制。论文的主要研究工作及结果如下：（1）对Mg-9Li-2Zn系合金熔铸工艺进行了研究。确定采用LiCl+LiF的盐类作为合金熔炼时的覆盖剂,可以获得良好的保护效果。（2）对Mg-Li合金的均匀化处理工艺进行了研究。随固溶处理温度升高,合金的强化机制由弥散强化逐渐转变成固溶强化,适当延长保温时间有利于第二相粒子固溶到晶粒中。在本实验条件下,Mg-9Li-2Zn合金最佳均匀化处理工艺是在250℃下,保温时间24小时,Mg-9Li-2Zn-xCa合金最佳均匀化处理工艺是在300℃下,保温时间24小时。（3）对Mg-9Li-2Zn合金轧制温度和道次压下率进行了研究。随着轧制温度的升高,轧制过程中合金即发生了动态再结晶,合金晶粒得到细化。合金最佳的轧制温度为200°C-300℃,室温冷轧最佳的单道次压下率应控制在20%-30%。（4）研究了Mg-9Li-2Zn合金的轧后退火热处理工艺,明确了合金的退火软化机制。退火可以消除冷轧过程中产生的加工硬化和残余应力,进而提高合金的变形能力。本实验中,冷轧Mg-9Li-2Zn合金的最佳退火制度为300°C保温60min。随着退火温度的升高,退火后合金的硬度呈先迅速下降后基本持平的趋势。300°C保温60min后,合金板在后续冷轧时总变形率可达70%。（5）研究了Al元素和Ca元素对Mg-9Li-2Zn合金组织和力学性能的影响。试验结果表明,合金中添加适量的Al元素可在合金内形成一定的析出相,可有效提高合金基体的强度。添加元素Ca能显著提高合金力学性能。室温下,添加0.1%Ca,合金板材抗拉强度和屈服强度分别提高了19.16%和17.22%,延伸率提高了5.8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 Mg-Li合金研究的意义
• 1.3 Mg-Li合金的研究现状
• 1.3.1 Mg-Li合金的研究历史
• 1.3.2 Mg-Li合金的研究现状
• 1.3.3 Mg-Li合金目前存在的问题及技术难点
• 1.3.4 Mg-Li合金的重要合金系
• 1.4 Mg-Li合金的熔炼
• 1.4.1 熔炼的熔剂保护
• 1.4.2 熔炼无熔剂法保护
• 1.5 镁合金塑性变形特点
• 1.6 Mg-Li合金的制备新技术
• 1.6.1 复合材料
• 1.6.2 快速凝固技术
• 1.6.3 超塑性成形技术
• 1.6.4 轧制成形技术
• 1.7 本论文研究的目的和主要内容
• 第二章 合金制备与试验方法
• 2.1 主要合金元素含量的确定
• 2.2 准备工作与原料
• 2.3 Mg-Li合金熔铸方法
• 2.4 Mg-Li合金均匀化处理方法
• 2.5 Mg-Li合金轧制方法
• 2.6 Mg-Li合金性能检测方法
• 2.6.1 硬度测试方法
• 2.6.2 拉伸测试方法
• 2.7 显微组织观察
• 2.7.1 合金金相组织观察
• 2.7.2 扫描电镜显微组织及断口观察
• 2.7.3 X射线衍射分析
• 第三章 Mg-9Li-2Zn合金的均匀化处理与轧制工艺研究
• 3.1 Mg-9Li-2Zn合金的均匀化处理
• 3.2 Mg-9Li-2Zn合金的轧制工艺研究
• 3.2.1 Mg-9Li-2Zn合金轧制温度的研究
• 3.2.2 压下量对组织性能的影响
• 3.3 冷轧Mg-9Li-2Zn合金的退火热处理工艺研究
• 3.3.1 退火温度对Mg-9Li-2Zn合金α相球化的影响
• 3.3.2 退火时间对Mg-9Li-1Zn合金α相球化的影响
• 3.3.3 退火对Mg-9Li-2Zn合金板冷加工性能的影响
• 3.4 本章小节
• 第四章 合金元素对Mg-9Li-2Zn合金组织性能的影响
• 4.1 添加元素Al对Mg-9Li-2Zn组织性能的影响
• 4.1.1 Al元素对Mg-9Li-2Zn合金组织的影响
• 4.1.2 Al元素对Mg-9Li-2Zn合金力学性能的影响
• 4.2 添加元素Ca对Mg-9Li-2Zn组织性能的影响
• 4.2.1 Ca元素对Mg-9Li-2Zn合金组织的影响
• 4.2.2 Ca元素对Mg-9Li-2Zn合金力学性能的影响
• 4.3 本章小节
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢