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Mg-Li系超輕變形鎂合金化學(xué)成分及力學(xué)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(yè)鎂合金小15%-
25%,比鈹合金小25%-30%,比鋁合金小50%,而比強(qiáng)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(dāng)?shù)暮辖?/div>
元素,還可進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度,是發(fā)展高強(qiáng)和超輕合金的一個重要合金系。當(dāng)前,這種合
金的研制工作已引起國內(nèi)外的普遍重視。
Mg-Li合金加入Al.Si.Mn、Zn、Cd等元素能提高強(qiáng)度和組織穩(wěn)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(jīng)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(jié)構(gòu)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(wěn)定性還能進(jìn)一步提高。
前蘇聯(lián)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(qiáng)度和組織穩(wěn)定性。由表2-210可知,a和a+B型合金的強(qiáng)度與高強(qiáng)度變形鎂合金MB3相當(dāng),B型合金的塑性雖高些,但強(qiáng)度比MB8鎂合金低。
表2-209幾種前蘇聯(lián)Mg-Li系合金的主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以及Mg-Li系合金與普通變形鎂合金力學(xué)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(jìn)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(qiáng)的硬化效應(yīng)。但應(yīng)指出,即使是高度合金化的Mg-Li合金,性能的穩(wěn)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(shù)Mg-Li合金塑性加工后,只在175℃(6 h)或150℃(16h)穩(wěn)定化退火,很少進(jìn)行時效處理。
總之,Mg-Li合金的強(qiáng)度和壓縮屈服強(qiáng)度高,塑性和韌性好,缺口敏感性小,還有優(yōu)秀的工藝塑性,容易加工和焊接。不足之處是Li的化學(xué)活性極高,在空氣中就能同02H、N等結(jié)合成穩(wěn)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(hù)下進(jìn)行,用普通的熔劑保護(hù)法很難得到優(yōu)質(zhì)鑄錠。此外,Mg-L合金的抗蝕性比一般Mg合金低,SCC嚴(yán)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(yán)重的腐蝕,采用包覆和涂油保護(hù)雖有一定的防護(hù)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(yīng)力腐蝕的敏感性很大。MgLil3All合金,在0.01%NaCl溶液中進(jìn)行環(huán)形應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)時,經(jīng)過兩個月后,合金被腐蝕成為粉狀。
(3)力學(xué)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(nèi),切口韌性很好,沒有冷脆性。表2-214為S402合金的低溫力學(xué)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(xué)活潑性很強(qiáng)的元素,鋰極易與氧、氫、氮等化合,生成相當(dāng)穩(wěn)定的化合物。在水中也能發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng)。因此,Mg-Li系合金的熔煉和鑄造必須在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行,在大氣中采用熔劑保護(hù)的方法不易得到質(zhì)量良好的鑄錠。
含鋰高(B型)的合金,在冷、熱狀態(tài)下都有良好的壓力加工性能。在370~410℃范圍內(nèi)的總加工率可大于90%。熱軋后不經(jīng)退火即可進(jìn)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(yàn)數(shù)據(jù),表中同時給出了2A12.3A21鋁合金的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),以便比較。

Mg-Li合金可以在惰性氣體保護(hù)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(jìn)行點(diǎn)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(chǎn)多種規(guī)格的板材、棒材、型材和鍛件,主要用做導(dǎo)彈、火箭和宇宙飛船的輔助結(jié)構(gòu)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(qiáng)度和優(yōu)良的變形能力,但總的說來,強(qiáng)度(特別是高溫強(qiáng)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(jìn)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(yīng)用。

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