题目：两种镁锂合金时效特性和拉伸力学行为的研究

摘 要Mg-Li系合金具有超轻质、高阻尼、高比强度、室温塑性好、电磁屏蔽性能优良等特点，是变形镁合金中最有发展潜力的高性能结构材料之一。研究发展具有自主知识产权的Mg-Li系新合金，需要进一步认识不同合金元素在Mg-Li合金中的作用，需要了解Mg-Li合金的热处理特点，需要了解变形温度和室温放置对合金力学性能的影响及机理。本文对实验室制备的两种β基Mg-Li合金冷轧板材：Mg-13Li-5Zn-0.7Zr-1.8Nd（简称含Zn合金）和Mg-13Li-3Al-0.7Zr（简称含Al合金），通过维氏硬度实验，研究了其时效热处理特性；通过拉伸变形实验，研究了变形温度和室温放置对力学性能的影响；利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM），对合金的微观组织进行了观察与表征；利用差热分析仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）和能谱仪（EDS），对合金的相组成进行了测量与分析；利用SEM对合金的拉伸断裂特征和氧化层厚度进行了表征，利用XRD对氧化层的组成进行了分析。研究得到以下主要结果：1. 固溶淬火状态含Al合金的硬度是含Zn合金的1.7倍。冷轧状态含Al合金的硬度略是含Zn合金的1.2倍。2. 固溶后自然时效处理时，含Zn合金没有时效硬化现象，含Al合金虽然在20hr附近出现了硬化峰值，但随着时效继续，其硬度又逐渐恢复到与淬火态相近的水平。固溶后人工时效处理时，两合金都是首先快速软化，随着继续时效，其硬度逐渐趋于稳定。含Zn合金的稳定硬度值随时效温度提高单调降低，含Al合金的稳定硬度值在573K时出现峰值。3. 冷轧后直接时效处理，两合金都产生了明显硬化效果，含Al合金的最大峰值硬度是含Zn合金的2.2倍。含Zn合金在一定温度下时效时，硬度在0.5hr以内达到峰值（平台），随后出现过时效；在473K时效时，硬度峰值平台最高，相对冷轧状态提高了16%。含Al合金在一定温度下时效时，在0.5hr-1.0hr以内达到硬度峰值平台；在573K时效时，硬度峰值平台最高，相对冷轧状态提高了95%。含Al合金在冷轧后直接时效产生明显硬化的原因，是其基体中析出了弥散分布的细小的Al12Mg17相。4. 含Zn合金在77K-393K拉伸变形时，强度随变形温度升高而降低，塑性随变形温度升高而改善，77K仍具有较好强度和塑性配合，393K表现出超塑性特征，拉伸断裂方式均为穿晶韧窝断裂。5. 含Al合金在293K-423K拉伸变形时，强度也是随变形温度升高而降低，塑性在360K以下随变形温度升高而改善，此后随变形温度升高略有下降。室温变形时含Al合金为沿晶断裂，333K以上变形时为穿晶韧窝断裂。6. 在大气环境下，含Zn合金的强度随放置时间延长略有下降，塑性有所上升；氧化膜越厚，强度损失越大；塑性上升则可能与合金内部发生的驰豫软化有关。基于以上结果，本文得到如下结论：1. Al元素对Mg-Li合金的固溶强化效果优于Zn元素，2. 弥散析出的细小Al12Mg17相对Mg-Li合金具有可观的强化作用，3. 含Zn合金冷轧板材的最佳热处理工艺应为473K×0.5hr，含Al合金冷轧板材的应为573K×1hr，4. 两合金的拉伸强度对变形温度都比较敏感，但含Zn合金在77K、含Al合金在423K仍有较好强度与塑性配合，5. 无防护室温放置会产生一定的强度损失。