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(diǎn)，近年來(lái)逐漸成為航空航天、兵器裝備、汽車(chē)、電子等領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ母咝录夹g(shù)新材料。然而，現(xiàn)有的鎂鋰合金結(jié)構(gòu)件仍存在著強(qiáng)度較低等問(wèn)題，制約了其進(jìn)一步的應(yīng)用推廣。累積疊軋技術(shù)被認(rèn)為是唯一的能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)晶材料的劇烈塑性變形技術(shù)，利用該技術(shù)制備的超細(xì)晶材料具有較高的強(qiáng)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(zhì)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(jìn)一步提高之前道次形成界面的結(jié)合效果，當(dāng)總變形量大于90.89％時(shí)，界面完全消失，復(fù)合板材完全結(jié)合，靜態(tài)再結(jié)晶是 Mg-5Li-1Al板材界面進(jìn)一步形成牢固結(jié)合的重要原因。累積疊軋可有效細(xì)化Mg-5Li-1Al合金的組織，經(jīng)過(guò)6道次常規(guī)累積疊軋后，合金平均晶粒尺寸達(dá)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M(jìn)g-5Li-1Al合金的組織均勻性并細(xì)化晶粒，但晶

3、粒細(xì)化速率相比常規(guī)累積疊軋稍慢。
　　常規(guī)累積疊軋過(guò)程中，Mg-5Li-1Al合金的變形機(jī)制為以孿生變形為主轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟凶冃涡纬珊暧^剪切帶，進(jìn)而發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。晶粒細(xì)化機(jī)制為首先發(fā)生孿生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，隨后以旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶為主。交叉累積疊軋過(guò)程中，Mg-5Li-1Al合金的變形機(jī)制為以孿生變形為主轉(zhuǎn)變?yōu)榛谱冃危詈鬄榧羟凶冃?。晶粒?xì)化機(jī)制為首先發(fā)生孿生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，中間道次為連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，最后為旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。
　　隨著累積疊軋

4、道次的增加，Mg-5Li-1Al板材的硬度和強(qiáng)度整體上均呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，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(fù)合板材力學(xué)性能上的各向異性，交叉累積疊軋同時(shí)有利于Mg-Li合金復(fù)合板材塑性變形能力的提高。累積疊軋過(guò)程中，Mg-5Li-1Al合金的強(qiáng)化方式主要是細(xì)晶強(qiáng)化和加工硬化，復(fù)合板材的界面結(jié)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(xué)性能。同時(shí)，各道次Mg-5Li-1Al板材均表現(xiàn)為

5、典型的鎂合金軋制織構(gòu)。隨著ARB道次的增加，基面織構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)，合金晶粒c軸沿RD方向偏轉(zhuǎn)程度先增加后降低。此外，非基面滑移系也有所啟動(dòng)，并表現(xiàn)為錐面滑移系的啟動(dòng)。CARB過(guò)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(zhuǎn)，合金晶粒c軸偏轉(zhuǎn)程度減弱，同時(shí)，棱柱面和錐面滑移系均有所啟動(dòng)。
　　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(qiáng)度比Mg-5Li-1Al板材稍高，各板材之

6、間的結(jié)合均為同相之間的結(jié)合，且多以α相結(jié)合為主。累積疊軋工藝同樣可以細(xì)化Mg-8Li-3Al-1Zn合金的組織，細(xì)化過(guò)程以β相尖端和α、β兩相交界處為起點(diǎn)并逐漸擴(kuò)展至整個(gè)區(qū)域，最終得到細(xì)小均勻的彌散分布組織。同時(shí)，隨著累積疊軋道次的增加，顆粒狀的AlLi相和MgLi2Al相逐漸細(xì)化，最終彌散分布于合金基體中。在累積疊軋過(guò)程中，Mg-8Li-3Al-1Zn合金的硬度和強(qiáng)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(shì)，但在整個(gè)累積疊軋過(guò)程

7、中，延伸率一直維持在11.0%~15.0%范圍內(nèi)。Mg-8Li-3Al-1Zn合金的主要強(qiáng)化方式為細(xì)晶強(qiáng)化、加工硬化和第二相粒子強(qiáng)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(fù)合板材，復(fù)合板材結(jié)合了Mg-5Li-1Al合金高強(qiáng)度和Mg-12Li-1Al合金良好塑韌性的優(yōu)點(diǎn)，由于界面“搓軋區(qū)”的形成，復(fù)合板材界面結(jié)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(shì)。同時(shí)，復(fù)合板材的強(qiáng)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(fù)合板材中，Mg-5Li-1Al合金的織構(gòu)類(lèi)型為典型的鎂合金軋制織構(gòu)，織構(gòu)強(qiáng)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(yīng)變量的增加也有所激活。
　　為了進(jìn)一步提高α/β交替Mg-Li合金復(fù)合板材的界面結(jié)合強(qiáng)度

9、和綜合力學(xué)性能，本文將復(fù)合板材在不同退火溫度（250℃、300℃、350℃、400℃、450℃）和退火時(shí)間（15min、30min、60min、120min）下進(jìn)行了退火處理。經(jīng)過(guò)退火處理后，復(fù)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(kuò)散區(qū)，隨著退火溫度的升高和退火時(shí)間的延長(zhǎng)，擴(kuò)散區(qū)厚度逐漸增加，且擴(kuò)散層1中組織沿?cái)U(kuò)散方向只形成單排晶粒，晶粒尺寸隨擴(kuò)散區(qū)厚度的增加而長(zhǎng)大。通過(guò)ToF-SIMS、XRD和TEM綜合測(cè)試

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