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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：次

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)一步提高合金的強度，是發(fā)展高強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，以提高強度和組織穩(wěn)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(dāng)，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(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合金的強度和壓縮屈服強度高，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合金的沖壓試驗數(shù)據(jù)，表中同時給出了2A12.3A21鋁合金的生產(chǎn)經(jīng)驗數(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度和優(yōu)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(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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