Mg3Zn6Y准晶强化的Mg-Li-Zn-Y合金微观组织及力学行为研究

This project is to research the microstructure and mechanical behaviour of Mg-Li-Zn-Y alloys strengthened by Mg3Zn6Y quasicrystalline particles under different stain rates and loading modes on the basis of the combination of mechanics-physics-material. The emphases are to investigate the characteristics of quasicrystalline/matrix interface structure and their orientation relationships, effects of the precipitation, growth, size, quantity, morphology, dispersive degree, distribution and evolution of quasicrystalline particles, grain structure, texture and phase component on the strengthening behaviour and micro deformation mechanisms; to research the relationship between the strengthening and failure mechanisms and microstructure of alloys. Finally, consider how to establish the relationship between the strength improvement and the variation of microstructural characteristics to explore effective processing technologies and associated parameters for the further improvement of the strength, to provide theoretical and experimental basis for the optimised alloying design and engineering applications of Mg-Li alloys.

本项目将力学-物理-材料等不同学科相结合，研究Mg3Zn6Y准晶强化Mg-Li-Zn-Y合金的微观组织和在不同应变速率及加载模式条件下的力学行为，着重探讨准晶与基体的相界面结构特征和取向关系，准晶颗粒的时效析出、长大、尺寸、数量、形貌、弥散程度、分布及演变情况，晶粒结构，织构和相组成等对合金强化和微观变形机制的影响，研究合金强化机制和失效机理与微结构之间存在的内在联系。考虑如何将合金强度的提高与微观组织结构特征的变化规律相结合，获得显著提高合金强度的加工处理制度及其相关工艺参数，为Mg-Li合金优化设计与工程应用提供理论和实验基础。

镁锂合金是工程应用中最轻的金属结构材料，且具有高比强度、高比刚度、强的冷热变形能力、各向异性不明显和良好的低温性能等特点，成为了近年来研究开发的热点，使得各航天大国对其应用给予极高的期望。然而，镁锂合金存在一些性能较差的问题，尤其是绝对工程强度低。近年来，国内外学者利用传统加工处理方法，几乎使镁锂合金的力学性能达到了极限，但其最大屈服强度也很难超过150MPa。鉴于准晶对镁合金力学强度的显著提高作用和镁锂合金强度方面存在的不足，我们开展了以下研究内容：1）Mg-Li-Zn-Y合金中准晶相的微观结构表征；2）大变形和热处理制度对准晶强化Mg-Li-Zn-Y合金中微结构的影响；3）微结构对合金强化行为的影响；4）合金强度的提高方法和途径的工艺探讨。.结果表明，经多道次冷轧变形后，Mg-Li-Zn-Y合金中的β-Li相呈流线分布且间距很小，准晶相得到显著碎化，大块准晶相基本消失。对比不同变形态Mg-6Li%-6%Zn-1.2%Y合金的拉伸性能，发现准晶的引入不仅提高了Mg-Li合金的强度，而且还有利于塑性的提高。经后续固溶处理后，合金的强度可进一步提高。对固溶态合金冷轧变形后，合金的强度也可得到显著提高，其抗拉强度可达332MPa。Mg-6%Li和Mg-6%Li-6%Zn-1.2%Y合金中β-Li相存在自然时效析出行为，主要是针状α-Mg颗粒相在β-Li相内的析出和长大。相比之下，准晶的形成可有效的延缓β-Li相内的时效析出过程。准晶的引入可明显弱化α-Mg相的织构强度并能促进β-Li相的形成，显著消除了镁锂合金存在的力学各向异性。对比了不同Zn/Y比对镁锂合金的微观结构及力学性能，发现Mg-8Li-10Zn-1Y合金的抗拉强度可达320MPa。另外，对铸态合金直接轧制和固溶处理，合金的抗拉强度可达362MPa，且延伸率仍然可保留在10%左右。由于准晶相的热稳定性很高，准晶的引入还能显著提高合金高温拉伸强度。. 该项目中的研究成果为进一步理解和揭示准晶对双相镁锂合金的强韧化规律和机理提供了实验性数据，获得相应的大变形加工和后续热处理条件可为将来新型超轻高强高塑镁锂合金的开发提供了指导，对合金的工程应用起到了一定的推动作用。