La/Ce混合稀土对Mg-Li-Al合金组织性能影响的研究

摘要

Mg-Li合金作为密度最小的金属结构材料,已成为材料轻量化的首选。因其具有低密度、高比刚度、高比强度、良好的塑性变形、优良的减震性以及高的抗高能粒子穿透能力等一系列优点,使其在电子产品、航空航天、兵器工业以及汽车交通等领域的广泛应用备受关注。然而Mg-Li合金由于绝对强度较低、耐蚀性能差、热稳定性差等缺点严重限制了其大规模的生产应用。因此,人们研究了通过添加合金化元素和不同的热加工手段来提高Mg-Li合金的性能。、本文首先制备了La/Ce混合稀土镁中间合金,然后通过向Mg-Li-Al合金中添加混合稀土镁中间合金,研究了La/Ce混合稀土对Mg-Li-Al合金显微组织及力学性能的影响。同时,通过热/力模拟实验研究合金的热变形行为,制定了该系合金的热挤压变形工艺,并系统研究了双相(α-Mg+β-Li) Mg-Li合金的热挤压工艺对该系合金组织性能的影响。本文还首次提出并探索了Mg-Li系合金的重熔工艺,以期为改善合金的组织性能开辟新思路。
　　本研究表明：①Mg-9Li-3Al合金铸态组织主要由α–Mg相、β–Li相、Mg17Al12相和少量的AlLi相组成,添加La/Ce混合稀土后,合金中出现的是Al3La、Al2Ce新相,而Mg17Al12相和AlLi相减少甚至消失。②La/Ce混合稀土显著细化了铸态Mg-9Li-3Al合金的晶粒,随着La/Ce混合稀土的添加,铸态合金的综合力学性能得到了明显的改善,合金的强度整体均提高明显,呈现先增大后减小的趋势,延伸率则缓慢下降。当La/Ce混合稀土的添加量为0.5％时,合金达到最大的屈服强度和抗拉强度,分别为131.2MPa和159.7MPa。③铸态Mg-9Li-3Al-2.0RE(La/Ce)合金在热压缩变形过程中,应变速率增大,合金热变形时的流变应力增大,而温度升高,对应应变值下的应力越低,动态回复软化作用越明显,综合考虑温度和应变速率对试验合金热变形行为的影响,最终确定合金的热挤压温度为250℃。④Mg-9Li-3Al-xRE(La/Ce)合金在挤压变形过程中发生动态再结晶,合金显微组织发生明显细化,第二相Al3La、Al2Ce相在挤压变形作用下,由铸态团聚分布的块状和棒状逐步转变为部分棒状和颗粒状弥散分布于合金基体中。挤压态合金的力学性能测试结果显示:随着La/Ce混合稀土含量的不断增加,挤压态合金的强度先升高后下降,延伸率则呈现出先减小后增大的趋势,挤压态Mg-9Li-3Al-0.5RE(La/Ce)合金具有最大的屈服强度和抗拉强度,其值分别为213.5MPa和234.7MPa,及最小的延伸率13.9％,相比Mg-9Li-3Al-0.5RE(La/Ce)合金,挤压态Mg-9Li-3Al-2.0RE(La/Ce)合金的强度虽然有所下降,但延伸率增加到了23.7％,表现出良好的综合力学性能。⑤比较、分析铸态和挤压态Mg-9Li-3Al-xRE(La/Ce)合金的显微组织和力学性能测试结果,发现:铸态合金经热挤压变形后,合金晶粒得到明显细化,且挤压态实验合金的综合力学性能要显著高于铸态,合金经挤压变形后,强度和塑性均得到显著的提高。⑥挤压态Mg-9Li-3Al-2.0RE(La/Ce)合金的重熔后再挤压可以显著提高合金的抗拉强度和屈服强度,且对塑性的影响较小,这为提高合金强度提供了新的工艺思路。