累積疊軋鎂鋰合金板材組織與性能演變研究.pdf

1、鎂鋰合金由于具有密度較低、電磁屏蔽性能好等優(yōu)點，近年來逐漸成為航空航天、兵器裝備、汽車、電子等領域極具發(fā)展?jié)摿Φ母咝录夹g新材料。然而，現(xiàn)有的鎂鋰合金結構件仍存在著強度較低等問題，制約了其進一步的應用推廣。累積疊軋技術被認為是唯一的能夠實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)超細晶材料的劇烈塑性變形技術，利用該技術制備的超細晶材料具有較高的強度。
　　本文首先利用常規(guī)累積疊軋工藝和交叉累積疊軋工藝分別制備了6道次質量良好的Mg-5Li-1Al板材。

2、板材界面數(shù)隨著軋制道次的增加而增加，后續(xù)道次軋制有助于進一步提高之前道次形成界面的結合效果，當總變形量大于90.89％時，界面完全消失，復合板材完全結合，靜態(tài)再結晶是 Mg-5Li-1Al板材界面進一步形成牢固結合的重要原因。累積疊軋可有效細化Mg-5Li-1Al合金的組織，經(jīng)過6道次常規(guī)累積疊軋后，合金平均晶粒尺寸達到100 nm，組織均勻性顯著提高。交叉累積疊軋可以在一定程度上提高Mg-5Li-1Al合金的組織均勻性并細化晶粒，但晶

3、粒細化速率相比常規(guī)累積疊軋稍慢。
　　常規(guī)累積疊軋過程中，Mg-5Li-1Al合金的變形機制為以孿生變形為主轉變?yōu)榧羟凶冃涡纬珊暧^剪切帶，進而發(fā)生動態(tài)再結晶。晶粒細化機制為首先發(fā)生孿生動態(tài)再結晶，隨后以旋轉動態(tài)再結晶為主。交叉累積疊軋過程中，Mg-5Li-1Al合金的變形機制為以孿生變形為主轉變?yōu)榛谱冃?，最后為剪切變形。晶粒細化機制為首先發(fā)生孿生動態(tài)再結晶，中間道次為連續(xù)動態(tài)再結晶，最后為旋轉動態(tài)再結晶。
　　隨著累積疊軋

4、道次的增加，Mg-5Li-1Al板材的硬度和強度整體上均呈現(xiàn)升高趨勢，而延伸率發(fā)生不同程度的變化。累積疊軋道次的增加和道次間改變軋制方向均可一定程度上改善復合板材力學性能上的各向異性，交叉累積疊軋同時有利于Mg-Li合金復合板材塑性變形能力的提高。累積疊軋過程中，Mg-5Li-1Al合金的強化方式主要是細晶強化和加工硬化，復合板材的界面結合狀況及界面間氧化物也很大程度上影響了其自身的力學性能。同時，各道次Mg-5Li-1Al板材均表現(xiàn)為

5、典型的鎂合金軋制織構。隨著ARB道次的增加，基面織構強度增強，合金晶粒c軸沿RD方向偏轉程度先增加后降低。此外，非基面滑移系也有所啟動，并表現(xiàn)為錐面滑移系的啟動。CARB過程中，隨著軋制方向的改變，各晶面極圖極密度最大區(qū)域均發(fā)生90°旋轉，合金晶粒c軸偏轉程度減弱，同時，棱柱面和錐面滑移系均有所啟動。
　　其次，利用累積疊軋工藝制備了5道次 Mg-8Li-3Al-1Zn板材，板材界面剪切強度比Mg-5Li-1Al板材稍高，各板材之

6、間的結合均為同相之間的結合，且多以α相結合為主。累積疊軋工藝同樣可以細化Mg-8Li-3Al-1Zn合金的組織，細化過程以β相尖端和α、β兩相交界處為起點并逐漸擴展至整個區(qū)域，最終得到細小均勻的彌散分布組織。同時，隨著累積疊軋道次的增加，顆粒狀的AlLi相和MgLi2Al相逐漸細化，最終彌散分布于合金基體中。在累積疊軋過程中，Mg-8Li-3Al-1Zn合金的硬度和強度持續(xù)升高，而延伸率則呈現(xiàn)先減小后少量升高的趨勢，但在整個累積疊軋過程

7、中，延伸率一直維持在11.0%~15.0%范圍內。Mg-8Li-3Al-1Zn合金的主要強化方式為細晶強化、加工硬化和第二相粒子強化。
　　最后，利用累積疊軋工藝制備了6道次α/β交替Mg-Li合金復合板材，復合板材結合了Mg-5Li-1Al合金高強度和Mg-12Li-1Al合金良好塑韌性的優(yōu)點，由于界面“搓軋區(qū)”的形成，復合板材界面結合效果良好。隨著累積疊軋道次的增加，Mg-5Li-1Al合金與Mg-12Li-1Al合金的硬度整

8、體上均呈現(xiàn)升高趨勢。同時，復合板材的強度先升高后保持穩(wěn)定，而延伸率在前幾道次小幅下降，第5道次后又有所升高。α/β交替Mg-Li合金復合板材中，Mg-5Li-1Al合金的織構類型為典型的鎂合金軋制織構，織構強度隨著軋制道次的增加先升高后降低，Mg-12Li-1Al合金的變形主要表現(xiàn)為（110）中溫滑移面的滑移，（321）高溫滑移面隨著軋制累積應變量的增加也有所激活。
　　為了進一步提高α/β交替Mg-Li合金復合板材的界面結合強度

9、和綜合力學性能，本文將復合板材在不同退火溫度（250℃、300℃、350℃、400℃、450℃）和退火時間（15min、30min、60min、120min）下進行了退火處理。經(jīng)過退火處理后，復合板材 Mg-5Li-1Al合金上靠近界面處產(chǎn)生兩層一定厚度的擴散區(qū)，隨著退火溫度的升高和退火時間的延長，擴散區(qū)厚度逐漸增加，且擴散層1中組織沿擴散方向只形成單排晶粒，晶粒尺寸隨擴散區(qū)厚度的增加而長大。通過ToF-SIMS、XRD和TEM綜合測試

10、分析可知，擴散層1主要組成為 Li3Mg7化合物，擴散層2主要組成為 Li0.92Mg4.08化合物。α/β交替 Mg-Li合金ARB1復合板材的界面結合強度、強度和延伸率均發(fā)生不同長度的改變。綜合比較Mg-Li合金復合板材的顯微組織、界面結合性能和拉伸性能，復合板材的最佳退火工藝為350℃/30min和400℃/15min。ARB6復合板材由于累積應變量增大，兩合金完成再結晶所需時間有所增長，400℃/30min退火處理后復合板材具有