典型镁锂合金组成
合金元素对镁锂合金的影响
图1不同成分Mg-Li-Zn合金的时效硬化行为曲线
表1银含量对Mg-12Li合金力学性能的影响
力学参数
Ag质量分数/%
0.5
1.0
3.0
5.0
10.0
σb/MPa
100
108
120
138
182
σs/MPa
62
70
77
104
150
δ/%
51
43
54
43
38
图2 Mg-12Li-5Ca合金显微组织
8稀土元素的影响
镁锂合金中加入稀土元素，通过固溶强化和形成细小弥散的金属间化合物，提高其综合性能，并可通过提高析出相的热稳定性，改善合金在较高温度下的力学性能，加入稀土元素还可以提高镁锂合金的再结晶温度，并促使镁锂合金的时效强化。稀土元素在镁锂合金中的固溶度均较小，能与镁形成多种金属间化合物，表2为轻稀土在镁中的最大固溶度，表3为镁和稀土的原子半径及电负性。
表2轻稀土元素在镁中的最大固溶度
分组
轻稀土
元素符号
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
最大固溶度
0.14
0.09
0
~1
-
~1
0
4.53
表3镁和主要稀土元素的原子半径和电负性
元素符号
原子半径/nm
和镁原子半径差/%
电负性
Mg
0.160
0
1.31
La
0.188
17.3
1.10
Ce
0.183
14
1.12
Pr
0.183
14.3
1.13
Nd
0.182
13.8
1.14
Y
0.182
12.6
1.22
Gd
0.178
12.6
1.20
Sc
0.165
2.6
1.36
Er
0.174
9.8
1.24
1钕(Nd)在镁锂合金中的作用
钕在Mg-8Li二元合金中对于合金的力学强度和耐热性能没有明显提高这是由于虽然钕在合金中主要以Mg3Nd的形式存在，Mg3Nd的存在对于合金的力学强度和耐热性能是一有利因素，但是由于钕的加入使合金中α初生相减少，影响了合金力学强度和耐热性能的提高。此外，钕的加入提高了Mg-8Li二元合金的再结晶温度，并使合金具有时效硬化现象（使得α相从过饱和的β相中析出）。
钕在Mg-Li-Al三元合金中并不以Mg3Nd相的形式存在，而是以Al2Nd相的形式存在。此外，钕的存在对LA141合金具有显着的晶粒细化作用，当钕质量分数为0.6%左右时，合金的晶粒尺寸最细小，减小30％（图3）；在Al2Ni相的存在和钕对合金晶粒细化效果的共同作用下，合金的强度随着钕含量的增加迅速提高，最高时提高45%左右（图4）。
图3 Nd含量对LA141合金晶粒尺寸的影响
图4 Nd含量对LA141合金强度的影响
2铈(Ce)在镁锂合金中的作用
铈在Mg-Li-Al三元合金中主要以Al2Ce相的形式存在，在LA81合金中添加质量分数为1%的铈后，合金内Al2Ce相呈棒状均匀分布，经挤压变形后，棒状Al2Ce相被破碎成为短棒状并沿挤压方向分布。挤压后的强度和延伸率均得到提高，抗拉强度由160MPa上升到187MPa，延伸率由16％上升至33％。当铈质量分数大于0.6％时，Al2Ce相割裂基体，从而降低合金的力学性能。
3钇(Y)在镁锂合金中的作用
在高钇含量的Mg-Li二元合金中，将形成γ相(Mg24Y5)，在Mg-7.28Li-8.02Y合金中除了存在呈长条状分布于基体β相中的α相，还存在沿晶界分布且呈网状结构的γ相(Mg24Y5)。此合金在淬火处理过程中，随着淬火温度的升高，实验合金中的Mg和Mg24Y5在β相中的固溶度随之增加，导致硬度增加；同时温度的升高使Mg24Y5的形貌逐渐变为圆球状且均匀分布。因此，固溶度的提高和Mg24Y5相的球化及均匀分布是导致在升高淬火温度时合金硬度和强度提高的原因。淬火态合金经150℃时效后，会使合金的强度和塑性均有所下降，分析其原因：一方面，在时效过程中合金的晶粒长大；另一方面，长时间的保温时效后Mg在β相中的固溶度降低，α相和Mg24Y5相沿β相晶界析出，导致合金的强韧性下降。
4钪(Sc)在镁锂合金中的作用
Wu等[1]研究了微量钪（质量分数为0.01%）对于LAZ1010合金组织和性能的影响。微量钪的加入使合金只能在室温下进行时效处理，否则将发生时效软化现象，而不加钪的合金可要室温或50℃下进行时效硬化热处理，如图5所示。时效温度下降的原因可能与时效过程中在LAZ1010Sc合金内存在Widanstatten型组织的α相有关（图6）。微量钪的加入将促进q相(MgAlLi2相)分解成平衡相AlLi相。合金在加入微量钪后，力学性能发生微小变化，屈服强度由154.8MPa上升到172. 1MPa，抗拉强度由172.5MPa上升到186.4MPa，延伸率由28.9%下降至25.2%。
图5不同温度下合金的时效曲线
图6时效后合金的显微组织
[1]Wu R Z,Zhang M L, Wang T. Microstructure characterization and mechanical properties of Mg-9Li-5Al-1Zn-0.6RE alloy. Transactions of Nonferrous Metals Society of China,,17(s1A):s448~s451.
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