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镁锂合金合金化及其固态复合技术研究

作　者: 孟祥瑞
导　师: 张密林
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 材料学
关键词: 镁锂合金镁锂基复合材料碳化硼颗粒显微组织力学性能
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

镁锂合金是迄今为止合金中最轻的金属结构材料,由于具有低密度、高比强度和比刚度、良好的阻尼性能和抗高能粒子穿透能力,以及可回收性,使其在航空航天、电子工业、通讯制造业和汽车工业上拥有巨大的应用前景。但镁锂二元合金还是存在强度低、耐腐蚀性低等缺点,限制了它的应用范围,国内外学者已经开展通过向镁锂合金添加第三或第四元素(如Al、Zn等元素)来改善镁锂二元合金力学强度和耐腐蚀性的研究。本论文在此基础上,向合金中添加Ce和Y,实现细化晶粒,有效提高合金的强度,改善合金的塑性。同时,以B4C颗粒为增强相,用热挤压固态复合法制备Mg-Li基复合材料,以期改善Mg-Li合金性能。试验采用氩气保护感应熔炼法制备实验用合金。用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子万能试验机等仪器观察材料的显微组织和测试材料的力学性能。结果表明：1、变形后合金的力学性能得到明显改善,但延伸率有所下降。在添加1%Al和1%Zn的条件下,挤压后轧制的Mg-8Li-1Al合金抗拉强度最高(313.9MPa),挤压态的Mg-8Li-1Zn合金延伸率最高(44.0%),挤压后轧制的Mg-8Li-1Al-1Zn合金力学性能最优,同时具备较高的抗拉强度和延伸率(233.4MPa和9.2%)；2、当Ce加入到合金时,Mg-8Li-lAl合金中出现了条状AlCe化合物弥散分布在基体中,合金晶粒得到细化,力学性能提高；随着合金中Ce含量的不断增加,AlCe化合物增多,当Ce含量为0.6wt.%时,晶粒细化明显,合金的强度、延伸率最高,综合力学性能最好；当合金中Ce含量超过0.6wt.%时,形成过多的AlCe化合物,割裂基体,导致合金强度降低；3、加工硬化、位错缠结分别是合金挤压、轧制后强度提高、延伸率下降的主要因素。Mg-8Li-1Al-0.6Ce合金经过轧制处理后,合金发生加工硬化,使得合金强度提高,塑性下降。轧制后的合金经过退火处理后,合金发生再结晶,使得合金的强度、塑性都有所提高；4、用热挤压固态复合法制备了的B4Cp/Mg-8Li-1Zn B4C/Mg-8Li-1Al-0.6Ce和B4Cp/Mg-8Li-1Al-1Y基复合材料。优化了预成型与变形的工艺参数,改善α相的变形与迁移程度、减少缝隙的数量和尺寸,从而增加了薄片之间的结合力,最大程度地降低了薄片界面的氧化程度。B4Cp/Mg-8Li-1Zn和B4Cp/Mg-8Li-1Al-1Y基复合材料强度显著提高(分别为246.1 MPa和257.2MPa)。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-33
  1.1 引言  12
  1.2 镁及镁合金的概述  12-14
  1.3 镁锂合金  14-20
    1.3.1 镁锂合金的历史和现状  14-16
    1.3.2 镁锂合金的几个重要体系  16
    1.3.3 镁锂合金的强化方式  16-19
    1.3.4 镁锂合金应用  19-20
  1.4 镁锂基复合材料  20-31
    1.4.1 复合材料的制备工艺  20-24
    1.4.2 镁锂合金增强相的种类和特性  24-27
    1.4.3 提高Mg-Li基复合材料性能的途径  27-28
    1.4.4 Mg-Li基复合材料制备方法的拓展  28-31
  1.5 选题的意义和主要的研究内容  31-33
    1.5.1 本论文的选题意义  31
    1.5.2 主要的研究内容  31-33
第2章镁锂合金的制备及研究方法  33-42
  2.1 成分设计  33
  2.2 合金制备方法  33-34
  2.3 实验原料、设备及合金制备  34-39
    2.3.1 原料  34-35
    2.3.2 实验设备  35
    2.3.3 镁锂合金熔炼  35
    2.3.4 铸态合金的均匀化处理  35-36
    2.3.5 合金的挤压过程  36
    2.3.6 合金的轧制过程  36-37
    2.3.7 复合材料的制备过程  37-39
  2.4 材料组织分析和力学性能测试  39-41
    2.4.1 合金实际成分的测定  39-40
    2.4.2 组织分析  40
    2.4.3 布氏硬度的测定  40
    2.4.4 断口形貌及能谱分析  40
    2.4.5 X射线衍射分析  40-41
    2.4.6 室温力学性能测试  41
  2.5 本章小结  41-42
第3章 Mg-Li-Al-Zn系合金的组织及力学性能  42-49
  3.1 铸态合金的实际化学成分  42
  3.2 Mg-Li-Al-Zn系合金的铸态组织及力学性能  42-45
    3.2.1 铸态合金的显微组织  42-43
    3.2.2 铸态合金的相组成分析  43-44
    3.2.3 铸态合金的力学性能  44-45
  3.3 Mg-8Li-1Al-1Zn系合金的变形态组织和力学性能  45-48
    3.3.1 变形态合金的显微组织  45-47
    3.3.2 变形态合金的力学性能  47-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章 Mg-Li-Al-Ce系合金的组织及力学性能  49-61
  4.1 铸态Mg-Li-Al-Ce系合金的组织及力学性能  49-58
    4.1.1 铸态合金的实际化学成分  49
    4.1.2 铸态Mg-Li-Al-Ce系合金的显微组织  49-53
    4.1.3 铸态Mg-Li-Al-Ce系合金的相组成分析  53-56
    4.1.4 铸态Mg-Li-Al-Ce系合金的力学性能  56-58
  4.2 变形态Mg-8Li-1Al-0.6Ce合金的组织及力学性能  58-60
    4.2.1 变形态Mg-8Li-1Al-0.6Ce合金的显微组织  58-59
    4.2.2 变形态Mg-8Li-1Al-0.6Ce合金的力学性能  59-60
  4.3 本章小结  60-61
第5章镁锂基复合材料  61-71
  5.1 B_4C_p/Mg-8Li-1Al-0.6Ce复合材料  61-63
    5.1.1 B_4C_p/Mg-8Li-1Al-0.6Ce复合材料的显微组织  61-62
    5.1.2 B_4C_p/Mg-8Li-1Al-0.6Ce复合材料的力学性能  62-63
  5.2 B_4C_p/Mg-8Li-1Zn复合材料  63-66
    5.2.1 B_4C_p/Mg-8Li-1Zn复合材料的显微组织  63-65
    5.2.2 B_4C_p/Mg-8Li-1Zn复合材料的力学性能  65-66
  5.3 B_4C_p/Mg-8Li-1Al-1Y复合材料  66-69
    5.3.1 B_4C_p/Mg-8Li-1Al-1Y复合材料的显微组织  67-68
    5.3.2 B_4C_p/Mg-8Li-1Al-1Y复合材料的力学性能  68-69
  5.4 本章小结  69-71
结论  71-73
参考文献  73-81
攻读硕士学位期间发表的论文  81-82
致谢  82

镁锂合金合金化及其固态复合技术研究

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