【引言】

    近幾年來，基于節約能源和保護環境的目的，輕質合金引起了科研人員的廣泛關注。鎂理合金作為地球上最輕的結構合金，由于其有著比強度高、比剛度高、密度低及阻尼好等優點，廣泛應用于航空航天、武器制造、汽車和電子工業領域。研究人員利用數學建模，定義了鋼和AZ31B鎂合金強度與硬度之間的關系，使其相關性得到了很好的量化和分析。然而，鎂鋰合金在上述領域卻沒有深入研究。近日，有學者研究了鎂鋰合金在變形和退火過程中微觀結構的變化及強化機理，同時通過數學建模量化了強化行為。

    【成果簡介】

    近日，東北大學樂啟熾團隊在Mater. Sci. Eng., A上發布了一篇關于Mg-Li合金的文章，題為“Microstructure evolution and strengthening mechanism study of Mg-Li alloys during deformation and heat treatment”。作者研究了擠壓變形和退火過程中Mg-Li合金α，α+β和β相的顯微組織演化、織構變化及其相應的強化機理。研究結果表明，隨著Li含量的增加，α-Mg逐漸轉變為β-Li，Li元素顯著改善了合金的延展性。同時通過數學模型和回歸分析，表征了Mg-Li合金退火過程中的固溶強化行為。

    【圖片導讀】

    圖1： 鎂鋰合金試樣加工過程

 

    鑄造—擠壓—退火

    圖2：三種合金在不同條件下的微觀結構演化過程

 

    （a）-（c） α-Mg相（白色區）逐漸轉化為β-Li相（深灰色區）；

    （d） α相中出現平行于擠壓方向的剪切帶；

    （e） LAZ832-0.2Y合金中的細長兩相組織；

    （f） LAZ1132-0.2Y合金擠壓后的組織；

    （g）-（o） 擠壓態合金退火24h的組織演化過程。

    圖3：三種擠壓態合金的織構

 

 

    （a） LAZ532-0.2Y合金；

    （b） LAZ832-0.2Y合金中的α相；

    （c） LAZ832-0.2Y合金中的β相；

    （d） LAZ1132-0.2Y合金。

    圖4：LAZ532-0.2Y擠壓態合金在不同退火溫度下的織構

 

    （a） 473K退火；

    （b） 523K退火；

    （c） 573K退火。

    圖5：LAZ832-0.2Y擠壓態合金在不同退火溫度下的織構

 

    （a） 溫度為473K時的α相；

    （b） 溫度為473K時的β相；

    （c） 溫度為523K時的α相；

    （d） 溫度為523K時的β相；

    （e） 溫度為573K時的α相；

    （f） 溫度為573K時的β相。

    圖6：LAZ1132-0.2Y擠壓態合金在不同退火溫度下的織構

 

    （a） 473K退火；

    （b） 523K退火；

    （c） 573K退火。

    圖7：合金XRD圖譜

 

    （a） LAZ532-0.2Y合金；

    （b） LAZ832-0.2Y合金；

    （d） LAZ1132-0.2Y合金。

    圖8：擠壓態合金退火24h后的SEM圖像

 

    （a）-（d）-（g） LAZ532-0.2Y合金的微觀結構沒有明顯變化，破碎的Al2Y沿擠出方向均勻分布；

    （b）-（e）-（h） LAZ832-0.2Y合金的β相中存在分散的白色顆粒，隨溫度升至573K，AlLi顆粒溶解于β相；

    （c）-（f）-（i） LAZ1132-0.2Y合金與LAZ832-0.2Y合金相變過程相似。

    圖9：上述合金對應的EDS分析

 

    （a） 1號顆粒；

    （b） 2號顆粒；

    （c） 3號顆粒；

    （d） 4號顆粒。

    圖10：擠壓態合金在523K 退火24h后的TEM圖像

 

（a） 綠色圖標所指示的為AlLi相；

    （b） AlLi納米相聚集。

    圖11：合金的抗拉性能

 

    （a） LAZ532-0.2Y合金；

    （b） LAZ832-0.2Y合金；

    （c） LAZ1132-0.2Y合金。

    圖12：LAZ1132-0.2Y合金不同處理后的抗拉性能

 

    （a） 擠壓態后的合金；

    （b） 473K下退火；

    （c） 523K下退火；

    （d） 527K下退火。

    圖13：LAZ1132-0.2Y合金不同溫度下的擬合曲線

 

    （a） 顯微硬度與極限拉伸強度曲線；

    （b） 顯微硬度與屈服強度曲線；

    （c） AlLi體積分數與極限拉伸強度曲線；

    （d） AlLi體積分數與屈服強度曲線。

    圖14：LAZ832-0.2Y合金不同溫度下的擬合曲線

 

    （a） 顯微硬度與極限拉伸強度曲線；

    （b） 顯微硬度與屈服強度曲線；

    （c） AlLi體積分數與極限拉伸強度曲線；

    （d） AlLi體積分數與屈服強度曲線。

    圖15：LAZ1132-0.2Y合金不同溫度下的擬合曲線

 

    （a） 顯微硬度與極限拉伸強度曲線；

    （b） 顯微硬度與屈服強度曲線；

    （c） AlLi體積分數與極限拉伸強度曲線；

    （d） AlLi體積分數與屈服強度曲線。

    圖16：極限拉伸強度與屈服強度擬合曲線

 

    （a） LAZ832-0.2Y合金；

    （b） LAZ1132-0.2Y合金。

    【小結】

    這篇文章揭示了Mg-Li合金在擠壓變形和退火過程中組織的變化。隨著Li含量的增加，α-Mg基體逐漸轉變為β-Li基體。在變形過程中，α-Mg緊密堆積面的c軸在擠壓后垂直于擠壓方向發生傾斜，而β-Li緊密堆積面的c軸在擠壓后平行于擠壓方向發生傾斜；在退火過程中，α-Mg基體中優先觀察到了{11-20}再結晶織構，而β-Li中并沒有出現這一結構，在β-Li基體中可明顯發現固溶強化。此外，作者還通過數學建模和回歸分析定義了極限拉伸強度（UTS），屈服強度（YS），硬度（HV）和AlLi體積分數（VF）之間的關系模型，從而量化鎂鋰合金的強化行為。

    文獻鏈接：Microstructure evolution and strengthening mechanism study of Mg-Li alloys during deformation and heat treatment（Mater. Sci. Eng., A, 15 August,2017 ,DOI: 10.1016/j.msea.2017.08.043）

 

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責任編輯：王元

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