鎂鋰合金的力學(xué)性能與微觀組織間的關(guān)系

2023/04/10

隨著時代的進(jìn)步與社會的發(fā)展，諸多領(lǐng)域?qū)p量化材料和器件的需要越來越緊迫。研究表明：汽車質(zhì)量每減輕10%，油耗率可降低6-8%；火箭質(zhì)量每減輕1kg，成本可降低22000美元。因此，輕量化材料不僅可以減輕當(dāng)代社會所面臨的能源壓力，更有助于中國汽車及航天航空等領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型升級，對中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的作用。

  

圖1 材料在汽車及航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用（圖片來源：百度百科）

 

鎂鋰合金作為世界上最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料，密度只有1.30—1.65g/cm3，被稱為“超輕合金”。另外，鎂鋰合金還具有比輕度比剛度高、加工性能好、電磁屏蔽性能優(yōu)良等優(yōu)點，在國防軍事、航空航天、汽車、3C等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于其具有絕對強(qiáng)度低等不足，嚴(yán)重限制了鎂鋰合金的應(yīng)用。想要提高鎂鋰合金的力學(xué)性能，必須對其斷裂機(jī)制有透徹的了解，從而才可對癥下藥，尋到強(qiáng)化鎂鋰合金最有效的方法。

應(yīng)用EM科特臺式掃描電鏡可有效觀測到鎂鋰合金的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)。本次實驗材料為鑄態(tài)Mg-8Li合金，該合金由α-Mg+β-Li兩相組成。α-Mg為密排六方結(jié)構(gòu)，塑形較差，在室溫下，僅基面（0001）面滑移可啟動；β-Li為體心立方結(jié)構(gòu)，塑形較好。在靜載拉伸過程中，欲透徹了解其斷裂機(jī)制，需利用掃描電鏡觀察其斷口微觀形貌。

  

圖二 α-Mg與β-Li兩相結(jié)構(gòu)（圖片來源：百度百科）

 

EM科特Cube-Ⅱ掃描電鏡（SEM）可清晰、高效的表征鎂鋰合金斷口的微觀形貌，為研究其斷裂機(jī)制提供了有效的證據(jù)。

  

圖三 鎂鋰合金的斷口形貌

 

如圖三所示，左圖為α-Mg相斷口形貌，右圖為β-Li相斷口形貌。α-Mg相上出現(xiàn)較大解理面，為脆性斷裂特征；β-Li相上則出現(xiàn)大量韌窩，為塑形斷裂特征。這表明雙相鎂鋰合金在斷裂過程中，兩相的破壞形式不同，β-Li相承載更大的變形，而α-Mg相則承載更大的載荷，兩相相互協(xié)調(diào)，從而提高合金的強(qiáng)度與塑形，使鎂鋰合金擁有較高的綜合性能。