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鎂課堂:(二十四)最輕的結構合金鎂鋰合金

2015年04月28日 11:11 9967次瀏覽 來源:   分類: 鎂應用   作者:

     鋰的密度只有530kg/m3,將它加入鎂中形成的鎂-鋰合金是唯一的密度低于鎂基體的鎂合金,是當今密度最小、比強度最高的結構合金,鎂-鋰合金的另一特點是有良好的塑性加工成形性能,可進行冷加工。
  根據(jù)二元鎂-鋰相圖,在589℃時發(fā)生共晶反應:
  L→α-Mg+β-Li
  在共晶溫度時,鋰在鎂中的固溶度為5.5%Li,共晶點為7.5%Li,溫度降低時,其溶解度幾乎沒有變化。β-Li為體心立方晶格固溶體,有良好的塑性,比α-Mg的還高一些。合金的鋰含量大于5.5%時,組織中會出現(xiàn)強度很低而塑性高的β-Li,導致合金的強度性能下降而塑性上升。因此,鎂-鋰合金不能進行熱處理強化,也不需要通過晶粒細化處理來提高塑性。
  根據(jù)鋰含時的不同和組織不同,鎂-鋰合金可分為三類:
  含鋰量低于5.5%的合金,其組織為Li溶于密集六方晶格鎂中的α-Mg固溶體;
  含>5.5%Li~10.2%Li的合金,其組織為均一的β-Li固溶體晶粒。β-Li的晶格為體心立方,它的冷、熱成形加工能力比α-Mg的高,允許變形量雖可達50%~60%,但仍比鋁及鋁合金的低得多。
  Mg-Li合金的缺點是有很高的化學活性,鋰易與空氣中的氧、氫、氮反應,形成穩(wěn)定的化合物。因此,Mg-Li系合金的熔煉鑄造必須在惰性氣體保護下進行或在真空條件下進行。鎂-鋰合金的抗蝕性不高,比一般常用鎂合金的還低,還有相當嚴重的應力腐蝕開裂傾向。
  二元鎂-鋰合金的力學性能不高,和Al、Zn、Si等元素一同加入鎂中,雖可以顯著提高強度性能,但是尚未獲得廣泛的應用,美國航空航天局(NASA)1960年研發(fā)的LA141A是有代表性的Mg-Li合金,已用于制造人造衛(wèi)星及航空器零件,此外還有LA91、LAZ933合金,它們含9%~14%Li,其密度只有1250 kg/m3~1350kg/m3,比彈性模量卻很高。LA141A和LS141A含金是用得較多的Mg-Li合金,它們含13%Li~15%Li,前者還含0.75%Al~1.75%Al,后者還含0.5%Si~0.8%Si。Mg-Li合金的比強度高,震動衰減性能強,可切削加工性優(yōu),是制造航空航天器的優(yōu)秀結構材料。
  LA141合金的室溫彈性模量為42GN/mm2,與傳統(tǒng)鎂合金彈性模量的45GN/mm2相差不多,但它的密度為1350kg/m3,比大多數(shù)常用鎂合金的1800kt/m3左右的低得多。LA141合金的撓曲剛度比同等質量傳統(tǒng)鎂合金的大一倍。LS141A合金的彈性模量為41GN/mm2,密度為1330kt/m3,其撓曲剛度比LA141合金的大一些,為鋁合金的5倍余。
  LA141A和LS141A合金的含鋰量均>11%,有較好的室溫成形性能。LA91合金的組織較復雜,為α+β;LA141合金的組織由體心立方晶格的固溶體和面心立方結構的LiAl及亞穩(wěn)定的面心立方晶格的AlLi2Mg金屬間化合物組成。鎂-鋰合金也可以產生一定的加工硬化作用。LA141合金在T7狀態(tài)應用(固溶處理-空淬-177℃穩(wěn)定化處理)。穩(wěn)定化處理可以削除鎂-鋰合金的應力腐蝕開裂敏感性。同其他鎂合金一樣可以進行焊接和熱加工,但焊后必須對焊接部位進行應力消除處理,以防應力腐蝕開裂,總體來說,鎂-鋰合金的抗腐蝕性能還不如常規(guī)鎂合金的。
  含量分別<4%的Mn、Zn、Cd等可提高Mg-Li合金的抗蝕性,Mn的效果最好;Si、Sb顯著降低合金的抗蝕性;Al、Sn對合金抗蝕性的影響與其含量有關:含0.6%~1.0%,合金的抗蝕性隨含量增加而下降,>1.0%后其抗蝕性隨含量的增加而略有上升。向Mg-Li合金添加少量Al和Ca可在表面形成較穩(wěn)定的Mg(OH)2基化合物保護層而提高合金的抗蝕性,還對合金的可成形性及抗蠕變強度有利。Mg-Li系合金在潮濕中有強烈的應力腐蝕敏感性。

責任編輯:陳巖

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