二十面相對擠壓鎂鋰合金的強化作用 a.沈陽材料科學，金屬研究所，中國科學院，中國科學院沈陽國家重點實驗室110016，中國 B.環境腐蝕中心，中國科學院金屬研究所，中國科學院，沈陽 110016，中國 收稿日期 2006 年 10 月 31 日；修訂二零零六年十二月三十日，接受于 2007 年 3月 7 日，可供網上下載 07 年 5 月 11 日通過 通過調查三種鎂 -鋰 -鋅 -釔合金，作為一種擠壓鎂鋰合金力學性能的強化方法，即在鎂鋰合金（ Mg3Zn6Y，準晶結構）基體相引進 I 相已被證明。拉伸結果表明， I 相能有效強化合金。 大幅提升的力量，已經解釋微觀結構的變化。2007Scripta Materialia 由 Elsevier 有限公司出版，公司保留所有權。 關鍵詞 ： I 相；鎂鋰合金；機械性能 合金化與極低密度（ 0.534 克 /立方厘米）鋰鎂可進一步降低鎂合金的重量，然而，表 1 所列以以前的結果為基礎。對鎂鋰合金的強度是非常低 1,2。一般來說，以前的加固方法，如添加鋁鋅合金元素和劇烈塑性變形（或熱擠壓等通道角擠壓）無法使鎂鋰合金的抗拉強度超過 200MPa（悉尼科技大學）。 另一方面，據報道，鎂 -鋅 -釔合金含余相作為第二相存在（ Mg3Zn6Y，準晶結構）在室溫和高溫 3都有良好的機械性能。根據對 I 相在室溫下的體積分數研究，鎂 -鋅 -釔合金的屈服強度可以從 150MPa 到 450MPa。以往的研究 5-9表明， I 相在鎂 -鋅 -釔或鎂 -鋅 -釔 -鋯型合金的存在，緊緊依賴鋅 /釔重比，文獻 7認為，當鋅 /釔比值超過 4.38，元素釔會存在，因為 I 相幾乎為完全相。當鋅 /釔比值超過一定值（ 4.38）釔含量的增加，更多的 I 相將在鎂基中形成。 基于上述這兩種合金系統的分析，可以問兩個問題：（一） I 相是否可以引入鎂鋰合金？（二）如果 I 相可以引進，鎂鋰合金的 力學性能能否得到極大改善呢？因此，在這項工作中，三種合金（鋅 /釔比值大于 5 以上），即以鎂鋰 8%3%；鋅 0.6%，鎂 8%鋰 6%鋅 1.2%，釔和鎂鋰 8% 90%鋅 -1.8%為準備。通過調查合金的力學性能，這兩個問題將得到回答。 在這項研究中所使用的材料為擠壓鎂 -鋰 -鋅 -釔合金，鎂和釔含量不同。這是準備使用在鎂合金研究部得 IMR，中國特定的技術。利用電感耦合等離子體原子發散光譜儀，對 I III 測定合金的化學成分，這些都是在表 2 中列出，擠壓比為 10:1。 相分析，確定有 D/最大 2400x 射線衍射儀（ XRD）。作為 鑄態合金的微觀組織 I III 檢查通過掃描電子顯微鏡（ SEM；XL30-FEG-ESEM）。合金是一個直徑為25 毫米和 5 毫米軌距加工長度拉伸棒。拉伸試樣的軸向平行于壓擠方向。拉伸實驗，進行了一個 MTS（ 858.01 米）， 13 秒 1 分在室溫下恒應變率測試機。掃描電鏡（ SEM；XL30-FEG-ESEM）觀察使用或二次電子成像或背散射電子顯像以確定斷裂的特點，在斷裂的表面打擊 I 相。 表 1 綜述不同鎂鋰合金的力學性能（室溫下測試） 條件 擠壓狀態 等通道角擠壓 r0.2 (MPa) UTS (MPa) 伸長率 (%) r0.2 (MPa) UTS (MPa) 伸長率(%) Mg 11% Li 1% Zn 1 96 133 60 150 175 35 Mg 9% Li 1% Zn 1 100 141 56 160 182 31 Mg 9% Li 1% Zn 0.2% Mn 1 90 130 70 140 165 22 Mg 9% Li 1% Zn 1% Al 0.2% Mn 1 105 150 60 145 180 24 Mg 9% Li 1% Zn 3% Al 0.2% Mn 1 110 161 50 130 180 27 Mg 3.3% Li 2 69 160 18 113 200 33 表 2 化學成分和擠壓鎂鋰鋅釔合金力學性能 普通合金 化學成分 (wt.%) 鋅 /釔 比 機械性能 鎂 鋅 釔 鋰 r0.2 (MPa) UTS (MPa) Elongation(%) Alloy I Bal 3.12 0.61 8.04 5.11 148 222 30.7 Alloy II Bal 6.47 1.26 7.86 5.13 159 239 20.4 Alloy III Bal 9.25 1.79 7.67 5.17 166 247 17.1 X 射線衍射分析，如圖 1 所示。由此可見，對合金的 I III 的主要階段是a-鎂， b-鋰，鋰鎂鋅和 I 相。同時，隨著鋅和釔含量的增加，對 W 相的衍射峰將逐步加劇。此外，據報道 3,6,10， I 相可形成一鎂枝晶間共晶口袋。因此，可用一個簡單的方法來確定 I 相的形態。 鑄態合金的 I III 的組織觀察，如圖 2 所示。這個數字表明， I 相 /a-鎂共晶優先，構成了 a-鎂 /b-鋰相界面。隨著鋅和釔含量， I 相 /a-鎂共晶口袋不僅可以在 a-鎂 /b-鋰相粗化接口，也逐漸形成了 a-鎂基體。由于元素釔幾乎完全存在在 I 階段， I 的數量形式上取決于合金相釔含量。因此，在釔的含量變化為基礎。因此可以推斷 I 的數量為合金第三階段是三和二倍的合金分別作為第一和第二。此外，鋅含量的增加，特別是三為合金，許多片狀鋰鎂鋅相可以觀察到 a-鎂基體，如圖 2（ d）所示。 應力應變曲線如圖 3 所示。為了描述和比較方便，證明屈服應力 0.2%的力學性能（ r0.2）和合金伸長率見表 2。可以看出， I 相能有效提高合金的屈服強度和抗拉強度。比較合金與 I III 的 I 增加約 3 倍，屈服強度和抗拉強度由 148兆帕增加至 166 兆帕， 222 兆帕和 247 兆帕。同時，大大降低 合金 III 的塑性。 鎂 -鋅 -釔 -鋯合金此前的研究表明，隨著 W 相數量的增加 5,7,9，合金的強度下降。 X 射線分析表明，對合金 2， W 相難以被探測到。因此，它可以有效地避免 W 相的影響。為了表示對 I 的影響，對合金的力學性能，只有合金第二階段斷裂被選定待觀察。圖 4 顯示了斷裂面中二次斷裂和背散射掃描電鏡圖像。這個數字表明，微裂紋在 I 相的內部大批量形成。 圖 1 擠壓鎂鋰鋅釔合金的 x 射線衍射圖案。圖中箭頭表示 W 相的衍射峰加劇的趨勢。 在鋰鎂鋅三元相圖的基礎上 11，當鋰含量在 6.0wt%和 9.5wt%之間時， a-鎂和 b-鋰并存，在固溶體中鋅含量不能超過重量的 2%。隨著凝固溫度降低，鋅固體溶解度逐漸減小。同時，鎂 -鋰 -釔三元相圖顯示 12在固溶體中釔含量是非常微小的。此外，由于元素鋅和釔的相互作用是使固溶體 13大大降低。在這項研究中，鋰合金 I III 的含量是重量的 8%左右。因此，隨凝固過程繼續下去，多余的鋅和釔之間將存在一個 a-鎂和 b-鋰相和優先 I相的形式在 a-鎂和 b-鋰相 相接口。當然， I 相可以形成一個在 a-鎂和 b-鋰矩陣，如圖所示。據報道，余相共晶熔化溫度約 450 3,8,14,15.因此， 當溫度低于 450時， I 相的形式會阻礙鋅和釔的合金，特別是第二和第三的擴散，在凝固過程中可以形成 I 相，這將容易導致較高和較低的鋅 /釔在液相比例區的形成。因此，該區（低鋅 /釔比 圖 2 鑄態組織鎂鋰鋅釔合金：（ a）合金 I,（ b）合金 II, (c)合金 III 和（ d）高放大倍率的水平位置觀察圖像（ c）。 圖 3 擠壓鎂鋰鋅釔合金的應力應變曲線 . 值）不能完全滿足形成 I 相和 W 相的要求，而該區（高鋅 /釔比值）可以成功地形成 I 相和冗余鋅將形成在 a-鎂基過飽和固溶體。當合金冷卻到室溫，層狀鋰鎂鋅從過飽和固溶體中析出相 ，如圖 2（ d）所示。以前的研究報道16T6 熱處理后（在 500經過 15 小時的人工老化在 180固溶 2.5 小時） ,鎂 -鋅 -釔相（ I 相和 W 相）消失和棒狀 MgZn0 析出過飽和固溶體。此外，鎂鋰鋅三元相圖 11表明，當 鎂和鋅的含量低于 40%，將優先鋅鎂，鋰鎂鋅相。因此，鋰 -鎂 -鋅形成可分為兩個步驟：（ 1）在高鋅的棒狀MgZn0 造成內容區的形成；及（ 2）鋰離子擴散和鋰 -鎂 -鋅形成。在上述討論的基礎上， I 相可以成功地引入到鎂鋰合金中，它清楚地回答了第一個問題。 I 相是否能有效地強化鋰鎂合金將在下面討論。 圖 4 合金 II 的 I 相斷裂上表面電鏡觀察：（ a）二次斷裂；（ b）背散射掃描電子顯微鏡觀察 據報道 3。 3 5 納米厚的鎂，仍然保留了界面層與 I 相的方位關系，并與I 相相干和鎂可以通過引入實現壁架定期沿界面步驟。因此，與 I 相和六方結構的原子成鍵的剛性，是以嚴重的塑性變形過程中保留。鑄態鎂 -鋅 -釔 -鋯合金的研究 5認為 a-鎂 /I 相共晶口袋可延緩基面滑移，可以在 a-鎂 /I 相界面觀察到沒有裂縫。在表 1 和表 2 中所列的拉伸性能相比，這清楚地表明，引進的 I-鎂基體相能有效地提高鎂鋰合金的強度。然而，應力應變曲線表明，隨著 I 相的數量的增加，合金的抗拉強度之間的差異大大減小，如圖 3 所示。這個數字表明，合金 1,2 的抗拉強度之間的差異是兩倍左右，合金 2 和 3 之間的差異同樣很大，它可以歸因于兩個主要的原因。首先，在 x 射線相分析（如圖 1）和相形成機制，W 相的增加是隨著鋅和釔的含量增加的，這會降低合金的強度，尤其是在合金 3數量討論的基礎。其次，由于鋅合金和釔的含量較高的合金 1 和 2， I 在 a-鎂 /b-鋰界面形成階段的內容將粗化，導致在熱擠壓階段大批量 I 相形成。在拉伸實驗，得到更高的應力集中將出現大批量的 I 相，這會降低合金的強度。圖 4，在一定的 應力水平，微裂紋將大批量在 I 階段內形成表明，紓緩 I 相和 a-鎂基體變形不兼容。這提供進一步的證據表明 a-鎂 /I 相接口都非常強。此外，它還表明離了破解的 I 相的尺寸大于 10 流明。因此，要充分利用鎂鋰合金，現有 W 相和 I相的尺寸，必須嚴格控制潛在力量。 通過調查三種鎂鋰合金的強化方法，即在合金基體中引入 I 相，已被證明。新開發的合金的最大抗拉強度可達到 250 兆帕。根據實驗結果，兩個影響合金強度的主要因素為 :現有 W 相的數量和 I 相的尺寸。因此，可以預見通過控制這兩個因素的影響鎂鋰合金的潛在能力得以進一步提高。 這項工作是中 國國家自然科學基金委員會（ NSFC）支持的，項目批準號50431020。 1陳天暢，王建葉，春萊恩楚，雄利 ,母校。快報。 60 (2006) 3272 3276. 2劉噸，王葉青，標清湖，何林鵬，黃國泰及 C.B. 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