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Mg-Li系超輕變形鎂合金化學成分及力學性能

2019-12-31 10:49 ?瀏覽:

Mg-Li系變形鎂合金
A概述
目前,在輕合金材料中Mg-Li系合金是最
輕的一種,其密度比一般工業鎂合金小15%-
25%,比鈹合金小25%-30%,比鋁合金小50%,而比強度則比常用鎂合金高,并且具有良好的冷、熱變形能力。如果再加入適當的合金
元素,還可進一步提高合金的強度,是發展高強和超輕合金的一個重要合金系。當前,這種合
金的研制工作已引起國內外的普遍重視。
Mg-Li合金加入Al.Si.Mn、Zn、Cd等元素能提高強度和組織穩定性。美國的LA141合金(Mg-14Li-1.2Al-0.15Mn)就是加入少量Al和Mn的合金,可以焊接,經T7處理后,板材的ab=115 MPa,0o.2 = 95 MPa,延伸率 10%,可作裝甲板和航天用結構件。該合金的密度只有1.35 g/cm",但比彈性模量(E/d)卻很高,僅次于Be而占第二位。如加入0.5%Si,高溫穩定性還能進一步提高。
前蘇聯研制的幾種合金化程度更高,參見表2-209和表2-210所示。表中的Mg-Li合金除了加入較多的Al,還分別加入少量Zn、Mn、Sn.Cd.Ce等,以提高強度和組織穩定性。由表2-210可知,a和a+B型合金的強度與高強度變形鎂合金MB3相當,B型合金的塑性雖高些,但強度比MB8鎂合金低。
表2-209幾種前蘇聯Mg-Li系合金的主要成分(質量分數)以及Mg-Li系合金與普通變形鎂合金力學性能的比較

有些Mg-Li合金利用過飽和B固溶體的分解,可以進行時效硬化處理。B相的分解過程為:
B-MgLi2Al-AlLi
B-MgLi2Zn-ZnLi(或MgLiZn)
MgLi2Al和MgLi2Zn是共格的過渡相,與母相的錯配度較大(5%),故有較強的硬化效應。但應指出,即使是高度合金化的Mg-Li合金,性能的穩定性還是滿足不了要求,B相在室溫即會不斷分解,直至軟化。因此,多數Mg-Li合金塑性加工后,只在175℃(6 h)或150℃(16h)穩定化退火,很少進行時效處理。
總之,Mg-Li合金的強度和壓縮屈服強度高,塑性和韌性好,缺口敏感性小,還有優秀的工藝塑性,容易加工和焊接。不足之處是Li的化學活性極高,在空氣中就能同02H、N等結合成穩定的化合物。因此,Mg-Li合金的焰煉和鑄造,必須在惰性氣體保護下進行,用普通的熔劑保護法很難得到優質鑄錠。此外,Mg-L合金的抗蝕性比一般Mg合金低,SCC嚴重,有待研究解決。
B Mg-Li系變形鐵合金材料的性能、品種和用途
(1)物理性能。Mg-Li系變形鎂合金的物理性能見表2-211

(2)耐蝕性能。Mg-Li系合金的耐蝕性很差,常溫下放置在大氣中就會受到嚴重的腐蝕,采用包覆和涂油保護雖有一定的防護作用,但與鋁合金和Mg-Mn合金相比,其耐蝕性仍然低得多。
Mg-Li系合金在潮濕大氣中應力腐蝕的敏感性很大。MgLil3All合金,在0.01%NaCl溶液中進行環形應力腐蝕試驗時,經過兩個月后,合金被腐蝕成為粉狀。
(3)力學性能。Mg-Li合金在室溫和高溫下的典型力性能列于表2-212和表2-213.

Mg-Li系合金的低溫性能良好,在-196~+66℃范圍內,切口韌性很好,沒有冷脆性。表2-214為S402合金的低溫力學性能。

(4)工藝性能。由于Mg-Li系合金中鋰含量很高,而鎂和鋰又是化學活潑性很強的元素,鋰極易與氧、氫、氮等化合,生成相當穩定的化合物。在水中也能發生強烈的反應。因此,Mg-Li系合金的熔煉和鑄造必須在惰性氣體保護下進行,在大氣中采用熔劑保護的方法不易得到質量良好的鑄錠。
含鋰高(B型)的合金,在冷、熱狀態下都有良好的壓力加工性能。在370~410℃范圍內的總加工率可大于90%。熱軋后不經退火即可進行冷軋。
Mg-Li系合金的成形性能良好。表2-215為MgLi13AI1合金的沖壓試驗數據,表中同時給出了2A12.3A21鋁合金的生產經驗數據,以便比較。

Mg-Li合金可以在惰性氣體保護下焊接。
S402合金本身之間或與其他鎂合金之間可以成功地進行點焊。
合金的切削加工性能良好。
(5)品種與用途。Mg-Li系合金可以生產多種規格的板材、棒材、型材和鍛件,主要用做導彈、火箭和宇宙飛船的輔助結構材料及其他要求比重小的材料。
Mg-Li系合金雖然有較高的比強度和優良的變形能力,但總的說來,強度(特別是高溫強度)還是很低,合金的熔煉鑄造比較困難,耐蝕性也比一般鎂合金差,因此必須對Mg-Li合金進行全面的研究和改善其性能,以使該合金早日得到廣泛的應用。

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