变形态LAZ832–0.5Y镁锂合金微观组织和力学性能研究

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镁锂合金,又被称为超轻合金,是目前为止发现的密度最低的金属结构材料,在航空航天,兵器工业,核工业等领域有着巨大的发展潜力。然而,镁锂合金绝对强度不高,这一缺点大大限制了它的应用。因此,对镁锂合金强化方式的深入研究具有非常重要的意义。本研究以Mg-8Li-3Al-2Zn-0.5Y(wt%)为基体合金,研究变形工艺对Mg-8Li-3Al-2Zn-0.5Y(LAZ832-0.5Y)基体合金的微观组织以及力学性能的影响。本文对LAZ832-0.5Y合金进行了多工艺参数的挤压变形以及轧制变形,系统地研究了变形态LAZ832-0.5Y合金的微观组织和力学性能,发现了合金组织及力学性能随挤压比、挤压温度、轧制应变量的变化规律,优化出了最佳变形工艺,另外还揭示了LAZ832-0.5Y合金中的时效软化行为。研究结果表明:铸态LAZ832-0.5Y合金中存在双相基体,由α-Mg相和β-Li相组成。合金中还存在三种金属间化合物析出相,分别是AlLi,MgLi2Al和Al2Y。其中Al2Y相颗粒形状较不规则,尺寸也比较大。而AlLi相和MgLi2Al相尺寸较小,主要分布在双相界面处。力学性能方面,铸态LAZ832-0.5Y合金的抗拉强度为200MPa,断裂延伸率为13.9%。对合金进行挤压变形后,α-Mg相沿挤压方向发生了明显的拉伸变形,且合金中发生了动态再结晶,原始晶粒尺寸1020μm的β-Li相中形成了明显细化的晶粒,尺寸大约为2μm。析出相由于挤压变形破碎为小颗粒并均匀分布在合金基体中。随着挤压比由4增加到25,β-Li相的细化程度更高,而α-Mg相沿挤压方向的拉伸变形也更加明显。而随着挤压温度由100℃增加到300℃,α-Mg相逐渐球化,且合金中的析出相数量明显减少。而对合金进行轧制变形后,合金的微观组织表现出显著的各向异性,且随着轧制应变量的增加,各向异性更为明显。α-Mg相沿着RD和TD方向均产生了拉伸变形,且RD方向变形程度高于TD方向。析出相Al2Y由于轧制变形破碎为小颗粒并均匀分布在合金基体中。经过挤压变形后,LAZ832-0.5Y合金的强度还有塑性都有显著的提高。随着挤压比由4增加到25,合金的强度和塑性均表现为先提高后降低的趋势。在挤压比为16时,合金的屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率都达到最高值,分别为214MPa、243MPa和41%,因此挤压比16为最佳挤压比。随着挤压温度由100℃增加到300℃,合金的强度逐渐提高,但提高幅度较小,而反映合金塑性的断裂延伸率则是逐渐下降,且下降幅度较大。综合考虑强度和塑性,最佳的挤压温度为200℃。而经过轧制变形后,合金的强度显著提高但塑性有明显下降。随着轧制应变量从10%增加到70%,合金的强度由210MPa显著提高到250MPa,而断裂延伸率则有明显的降低,且合金RD方向上的力学性能优于TD方向。轧制应变量为30%的合金拥有最佳的综合性能,RD方向的抗拉强度为240MPa,延伸率为9.2%。因此,挤压变形中最优工艺为挤压比16:1,挤压温度200℃;而轧制变形中的最佳应变量为30%。挤压态和轧制态合金在100℃200℃的时效过程中,硬度均在较短时间内就大幅下降。即使在100℃的时效温度下,挤压态合金的硬度也在1小时内由80HV下降到73HV,而轧制态合金则是在2小时内由85HV下降到80HV。时效时间超过2小时后的合金硬度下降幅度较小,逐渐趋于稳定,合金的最终硬度与时效时间、时效温度基本呈负相关。
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