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《湖南大学》 2017年
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新型Mg-xLi-5Al-5Ca-(Zn)合金的制备及性能研究

董鹏  
【摘要】:镁锂合金是最轻的金属结构材料,它具有密度小、比强度和比刚度高、减震性好、易切削加工等优点,被认为是航天器和汽车轻量化的最佳材料。但镁锂二元合金还是存在强度低、耐腐蚀性差和高温阻燃性差等缺点,限制了它的应用范围。可以通过合金化以及加工工艺来改善镁锂二元合金力学强度和耐腐蚀性等问题。本论文选用成本较低的Al、Ca和Zn,设计并制备了新型高钙铝比Mg-5Li-5Al-5Ca 合金、Mg-5Li-5Al-5Ca-2Zn 合金以及 Mg-8Li-5Al-5Ca 合金,通过挤压以及挤压-轧制复合工艺提升其性能,研究了合金的微观组织结构、常温力学性能、耐腐蚀和阻燃性能。研究结果表明:Ca/Al≈1的Mg-xLi-5Al-5Ca(-2Zn)合金中的组织第二相主要为Al2Ca。不同之处在于 Mg-5Li-5Al-5Ca 和 Mg-5Li-5Al-5Ca-2Zn 基体为 α-Mg 单相,而Mg-8Li-5Al-5Ca合金基体为α-Mg和β-Li双相。铸态组织结构为片层状Al2Ca包围着基体。挤压后合金展现出典型的挤压变形后的纤维状组织,发生动态再结晶,出现大量的等轴晶,晶粒明显细化。合金力学在挤压变形后均得到明显提升。Mg-5Li-5Al-5Ca、Mg-5Li-5Al-5Ca-2Zn 和 Mg-8Li-5Al-5Ca 中,Mg-8Li-5Al-5Ca 屈服强度和抗拉强度最高,分别为151MPa和215MPa。Mg-5Li-5Al-5Ca-2Zn合金塑性最好,延伸率为21%。三种合金的强度均优于一般镁锂合金。Mg-5Li-5Al-5Ca合金挤压后,再进行不同压下率轧制时,均未出现开裂情况。在轧制压下率为80%时,其表面形貌依旧完好,可见其塑性变形能力极好,可以满足不同的塑性加工工艺要求。挤压轧制复合工艺后合金的屈服强度和抗拉强度均有提升,且随压下率增大,强度进一步提高,抗拉强度最高可以达到243MPa。但是塑性下降,表现出明显的加工硬化特征。Mg-8Li-5Al-5Ca合金的耐腐蚀性能良好,且随着挤压比的增大而提升。挤压后细小的β-Li晶粒使得合金有较低的初始腐蚀电位和电荷转移电阻值。粒状流线分布的Al2Ca和小尺寸的晶粒会产生更多的晶界,阻挡腐蚀的作用更明显。Mg-8Li-5Al-5Ca合金的阻燃性能优于常用的商用镁合金,更优于很多镁锂合金。其燃点可以达到721℃。这得益于高熔点(1079℃)Al2Ca相以及CaO、Al2O3与MgO交联形成的致密保护膜,阻碍了进一步的氧化,提高了合金的燃点。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG146.22

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【参考文献】
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