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应用案例

镁锂合金的力学性能与微观组织间的关系

发布时间:2021/06/01
镁锂合金的力学性能与微观组织间的关系

随着时代的进步与社会的发展,诸多领域对轻量化材料和器件的需要越来越紧迫。研究表明:汽车质量每减轻10%,油耗率可降低6-8%;火箭质量每减轻1kg,成本可降低22000美元。因此,轻量化材料不仅可以减轻当代社会所面临的能源压力,更有助于中国汽车及航天航空等领域的转型升级,对中国经济的发展有着重要的作用。

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1 材料在汽车及航天航空领域的应用(图片来源:百度百科)


镁锂合金作为世界上最轻的结构金属材料,密度只有1.30—1.65g/cm3,被称为“超轻合金”。另外,镁锂合金还具有比轻度比刚度高、加工性能好、电磁屏蔽性能优良等优点,在国防军事、航空航天、汽车、3C等领域具有广泛的应用前景。然而,由于其具有绝对强度低等不足,严重限制了镁锂合金的应用。想要提高镁锂合金的力学性能,必须对其断裂机制有透彻的了解,从而才可对症下药,寻到强化镁锂合金最有效的方法。

应用EM科特台式扫描电镜可有效观测到镁锂合金的微观结构形态。本次实验材料为铸态Mg-8Li合金,该合金由α-Mg+β-Li两相组成。α-Mg为密排六方结构,塑形较差,在室温下,仅基面(0001)面滑移可启动;β-Li为体心立方结构,塑形较好。在静载拉伸过程中,欲透彻了解其断裂机制,需利用扫描电镜观察其断口微观形貌。

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图二 α-Mgβ-Li两相结构(图片来源:百度百科)


EM科特Cube-扫描电镜(SEM)可清晰、高效的表征镁锂合金断口的微观形貌,为研究其断裂机制提供了有效的证据。

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图三 镁锂合金的断口形貌


如图三所示,左图为α-Mg相断口形貌,右图为β-Li相断口形貌。α-Mg相上出现较大解理面,为脆性断裂特征;β-Li相上则出现大量韧窝,为塑形断裂特征。这表明双相镁锂合金在断裂过程中,两相的破坏形式不同,β-Li相承载更大的变形,而α-Mg相则承载更大的载荷,两相相互协调,从而提高合金的强度与塑形,使镁锂合金拥有较高的综合性能。