东北大学Mater. Sci. Eng., A：Mg-Li合金在变形和热处理过程中微观结构变化及强化机理的研究

【引言】

近几年来，基于节约能源和保护环境的目的，轻质合金引起了科研人员的广泛关注。镁理合金作为地球上最轻的结构合金，由于其有着比强度高、比刚度高、密度低及阻尼好等优点，广泛应用于航空航天、武器制造、汽车和电子工业领域。研究人员利用数学建模，定义了钢和AZ31B镁合金强度与硬度之间的关系，使其相关性得到了很好的量化和分析。然而，镁锂合金在上述领域却没有深入研究。近日，有学者研究了镁锂合金在变形和退火过程中微观结构的变化及强化机理，同时通过数学建模量化了强化行为。

【成果简介】

近日，东北大学乐启炽团队在Mater. Sci. Eng., A上发布了一篇关于Mg-Li合金的文章，题为“Microstructure evolution and strengthening mechanism study of Mg-Li alloys during deformation and heat treatment”。作者研究了挤压变形和退火过程中Mg-Li合金α，α+β和β相的显微组织演化、织构变化及其相应的强化机理。研究结果表明，随着Li含量的增加，α-Mg逐渐转变为β-Li，Li元素显著改善了合金的延展性。同时通过数学模型和回归分析，表征了Mg-Li合金退火过程中的固溶强化行为。

【图片导读】

图1： 镁锂合金试样加工过程

铸造—挤压—退火

图2：三种合金在不同条件下的微观结构演化过程

(a)-(c) α-Mg相(白色区)逐渐转化为β-Li相(深灰色区)；

(d) α相中出现平行于挤压方向的剪切带；

(e) LAZ832-0.2Y合金中的细长两相组织；

(f) LAZ1132-0.2Y合金挤压后的组织；

(g)-(o) 挤压态合金退火24h的组织演化过程。

图3：三种挤压态合金的织构

(a) LAZ532-0.2Y合金;

(b) LAZ832-0.2Y合金中的α相;

(c) LAZ832-0.2Y合金中的β相；

(d) LAZ1132-0.2Y合金。

图4：LAZ532-0.2Y挤压态合金在不同退火温度下的织构

(a) 473K退火；

(b) 523K退火；

(c) 573K退火。

图5：LAZ832-0.2Y挤压态合金在不同退火温度下的织构

(a) 温度为473K时的α相；

(b) 温度为473K时的β相；

(c) 温度为523K时的α相；

(d) 温度为523K时的β相；

(e) 温度为573K时的α相；

(f) 温度为573K时的β相。

图6：LAZ1132-0.2Y挤压态合金在不同退火温度下的织构

(a) 473K退火；

(b) 523K退火；

(c) 573K退火。

图7：合金XRD图谱

(a) LAZ532-0.2Y合金;

(b) LAZ832-0.2Y合金;

(d) LAZ1132-0.2Y合金。

图8：挤压态合金退火24h后的SEM图像

(a)-(d)-(g) LAZ532-0.2Y合金的微观结构没有明显变化，破碎的Al2Y沿挤出方向均匀分布；

(b)-(e)-(h) LAZ832-0.2Y合金的β相中存在分散的白色颗粒，随温度升至573K，AlLi颗粒溶解于β相；

(c)-(f)-(i) LAZ1132-0.2Y合金与LAZ832-0.2Y合金相变过程相似。

图9：上述合金对应的EDS分析

(a) 1号颗粒；

(b) 2号颗粒；

(c) 3号颗粒；

(d) 4号颗粒。

图10：挤压态合金在523K 退火24h后的TEM图像

(a) 绿色图标所指示的为AlLi相;

(b) AlLi纳米相聚集。

图11：合金的抗拉性能

(a) LAZ532-0.2Y合金;

(b) LAZ832-0.2Y合金；

(c) LAZ1132-0.2Y合金。

图12：LAZ1132-0.2Y合金不同处理后的抗拉性能

(a) 挤压态后的合金；

(b) 473K下退火；

(c) 523K下退火；

(d) 527K下退火。

图13：LAZ1132-0.2Y合金不同温度下的拟合曲线

(a) 显微硬度与极限拉伸强度曲线;

(b) 显微硬度与屈服强度曲线；

(c) AlLi体积分数与极限拉伸强度曲线；

(d) AlLi体积分数与屈服强度曲线。

图14：LAZ832-0.2Y合金不同温度下的拟合曲线

(a) 显微硬度与极限拉伸强度曲线;

(b) 显微硬度与屈服强度曲线；

(c) AlLi体积分数与极限拉伸强度曲线；

(d) AlLi体积分数与屈服强度曲线。

图15：LAZ1132-0.2Y合金不同温度下的拟合曲线

(a) 显微硬度与极限拉伸强度曲线;

(b) 显微硬度与屈服强度曲线；

(c) AlLi体积分数与极限拉伸强度曲线；

(d) AlLi体积分数与屈服强度曲线。

图16：极限拉伸强度与屈服强度拟合曲线

(a) LAZ832-0.2Y合金；

(b) LAZ1132-0.2Y合金。

【小结】

这篇文章揭示了Mg-Li合金在挤压变形和退火过程中组织的变化。随着Li含量的增加，α-Mg基体逐渐转变为β-Li基体。在变形过程中，α-Mg紧密堆积面的c轴在挤压后垂直于挤压方向发生倾斜，而β-Li紧密堆积面的c轴在挤压后平行于挤压方向发生倾斜；在退火过程中，α-Mg基体中优先观察到了{11-20}再结晶织构，而β-Li中并没有出现这一结构，在β-Li基体中可明显发现固溶强化。此外，作者还通过数学建模和回归分析定义了极限拉伸强度（UTS），屈服强度（YS），硬度（HV）和AlLi体积分数（VF）之间的关系模型，从而量化镁锂合金的强化行为。

文献链接：Microstructure evolution and strengthening mechanism study of Mg-Li alloys during deformation and heat treatment（Mater. Sci. Eng., A, 15 August,2017 ,DOI: 10.1016/j.msea.2017.08.043）

本文由材料人编辑部新人组金晨编译，陈炳旭审核，点我加入材料人编辑部。

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