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更新時間:2016-08-16 瀏覽次數(shù):4292
在變形鎂合金中,Mg-Li系合金是一類特殊的合金,在結構用的金屬材料中是密度****** 的,被稱為超輕合金。鎂的密度1738kg/m3,鋰的密度534kg/m3。因此,根據(jù)成分的不同,Mg-Li合金的密度為970kg /m3~1350kg/m3,***輕的可以漂在水上,成為“水上漂浮”的合金,用于制造航空航天器結構零件有著顯著的減重效果。2015年9月25日中國發(fā) 射的“浦江一號”衛(wèi)星的一些零件就是中國西安四方超輕材料有限公司提供的,它于2010年建成中國首條Mg-Li合金生產線,現(xiàn)在生產能力100噸/年。 在中國發(fā)射的衛(wèi)星中,所用Mg-Li合金的密度比常規(guī)鎂合金的輕20%~30%,比鋁合金的輕40%~50%。中國衛(wèi)星使用Mg-Li合金零件尚屬首次。
相結構及組成
Mg-Li二元合金相圖見(圖1,圖2)為二元相圖、合金相組成、冷軋塑性與鋰含量的關系,圖3為合金的力學性能與鋰含量、相組成的關系??筛鶕?jù)鋰的含量及相組成將Mg-Li合金分為三類。
這類合金的相組織為α+β,β相是Mg固溶于Li后形成的固溶體,體心立方結構(bcc),滑移系多,塑性高,從而使合金具有較大的冷變形能力,不
過隨著Li含量的增加,合金的強度下降(圖3)。在鑄態(tài)的α+β組織的β相基本中分布著魏氏組織形貌的α片。由相圖可見,在(α+β)和β相界上固溶度線
是傾斜的,說明有些成形的合金具有一定的時效強化能力。
鋰含量>10.3%的合金
這類合金的組織全部為鎂在鋰中的單一固溶體β相,體心立方晶格,有良好的冷、熱塑性加工性能與成形能力,加工率可達
50%~60%,不過工業(yè)上應用合金的鋰含量不應低于13%。含15%Li左右的鎂合金的抗拉強度進一步下降到約100N/mm2,再增加Li含量強度不
再增加,伸長率開始下降,加工成形性能惡化,這說明有商用價值的Mg-Li合金的Li含量宜≤16%。
鎂的密度為1738kg/m3,鋰的密度只有534kg/m3,是一種稀有輕金屬,把它加到鎂熔體里,可以制得當今世上***輕的金屬結構合金。此外,它還具有如下特點:高的比剛度、高的比強度、高的阻尼性、高的抗輻射性、高的抗電磁干擾性與高的減震性等。
Mg-Li合金是當下***輕的結構合金,具有很高的比強度與比剛度,是制造輕量化零部件的******材料,但它們的化學活性高,抗腐蝕性能低,對一些雜質,特別是
鈉非常敏感,當鈉含量大于0.06%,合金塑性就急轉直下。因此,Mg-Li合金僅獲得了有限的應用,僅在那些對零部件質量錙銖必究的行業(yè),例如航天產業(yè)
才有意義。
通常,還向Mg-Li合金添加少量的Al、Zn或Si,以改善某些性能,例如加入Al可以提高合金的蠕變抗力和穩(wěn)定合金的性能;加入Si可以形成
Mg2Si,也有一定的強化作用;也可以向Mg-Li合金添加少量Zr、Pb、Ag或RE,都對某些性能有一定的正面影響,但都不顯著。Mg-Li-Zn
合金有時效硬化效應,Li含量較低時,合金為單一的α相組織,時效時由α基體中析出穩(wěn)定相θ(MgLiZn)而產生硬化,增大Li含量時合金組織為
α+β,時效時由β相中析出亞穩(wěn)定的θ'相(MgLi2Zn);Li含量再加大時,合金由單一的β相組成,時效時析出亞穩(wěn)定的θ'相而硬化。
Mg-Li-Al合金經固溶處理(350℃/1h)與淬火后在50℃時效有一定的硬化作用,但會很快軟化。Zr是一種常用的微量合金化元素,能細化鑄造組
織,提高合金的塑性變形能力,α+β合金的冷變形量可達90%,與純β相合金的冷加工率相當。同時,Zr還能提高合金再結晶溫度,抑制材料的再結晶過程。
稀土元素對鎂合金有較大的強化作用,并對析出相的熱穩(wěn)定性有益,因而可以提高合金的高溫力學性能。
Mg-Li合金的抗蝕性低,是其主要不足處,Mn、Zn、Cd對其抗蝕性有利,特別是Mn的效果***為卓著。Cd含量<4%時可提高合金的抗蝕性,大于4%
則會降低抗蝕性。Si、Sb等顯著降低Mg-Li合金的抗蝕性。Al和Sn對Mg-Li合金抗蝕性的影響決定于含量,含量為0.6%~1.0%時,合金的
抗蝕性承隨含量的增加而下降,超過1.0%后,抗蝕性隨含量增加而略有上升。向Mg-Li合金添加少量Al或Ca,可在表面形成穩(wěn)定性較高的
Mg(OH)2化合物,有一定的保護作用,不但對抗蝕性有利,同時還能提高合金的塑性和抗蠕變性能。Mg-Li合金在潮濕大氣中有強烈的應力腐蝕敏感性。
力學性能
微量Na會引起Mg-Li合金晶界脆化,因此熔煉時應添加高純鋰。向Mg-Li合金添加Al、Ag、Cd、Zn等后,由于生成共格的LiaXb相,可產生明顯的時效強化效應,但是溫度一升高(50℃~70℃),性能不穩(wěn)定,發(fā)生過時效,可以發(fā)生過度的蠕變。
Mg-Li合金的主要優(yōu)點是有良好的塑性變形能力,尤其是有******的超塑性,在溫度250℃~375℃,Mg-8.5%Li合金的真應變速率為
10-5/s~10-3/s;Mg-8.5%Li合金具有超塑性行為,在350℃和10-4/s應變速率條件可有610%的超塑性。該合金在200℃溫軋
后的顯微組織為未再結晶的α+β。在超塑性變形時,顯微組織由開始時(α+β)的帶狀轉變?yōu)榫鶆蚍植嫉摹⒌容S的、尺寸10μm的(α+β)晶粒,而m值由
0.4增加到0.7。由此可知,此合金在超塑變形過程中發(fā)生了動態(tài)再結晶。
Mg-Li-1%Y三元合金可在更高的應變速率(10-3/s~10-2/s)雖現(xiàn)超過300%的超塑性,并且它的晶粒更為細小,因而有更高的超塑應變速率和超塑性,有助于Mg-Li合金應用的開拓。
變形Mg-Li合金的******缺點是化學活性,在熔煉鑄造時易與空氣中的氧、氮、氫反應,因此需在惰性氣氛中進行。它的抗腐蝕性能比常規(guī)鎂合金的更低,有嚴重
的應力腐蝕傾向。向Mg-Li合金添加Al等合金化元素會進一步降低其抗蝕性,因為原電池作用會更強。采用氟化物陽極氧化物處理可以改善Mg-Li合金的
抗腐蝕性能,但是目前尚無一種可靠的表面處理工藝可以提高Mg-Li合金在溫度-濕度循環(huán)變化條件下的抗腐蝕性能。
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