錢(qián)兵羽，孫儉峰，何代澄，張莉博

(黑龍江科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 哈爾濱 150022)

0 引 言

輕質(zhì)高強(qiáng)材料在航空航天、汽車(chē)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。鎂鋰合金是目前最輕的結(jié)構(gòu)材料，以其為材料制造的預(yù)埋件、支架和機(jī)箱機(jī)殼使高軌衛(wèi)星減重173 kg，顯著提高衛(wèi)星有效載荷[3]。根據(jù)鋰含量的不同，可形成具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)的α單相鎂鋰合金、具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)β單相鎂鋰合金及雙相鎂鋰合金[4]。鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5.7%時(shí)形成的α單相鎂鋰合金，雖然強(qiáng)度較高，但塑韌性較差，壓力加工困難，限制其應(yīng)用。為拓展應(yīng)用領(lǐng)域，學(xué)者圍繞加工工藝及變形機(jī)理等問(wèn)題做了大量研究。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 材料與參數(shù)

該實(shí)驗(yàn)以真空感應(yīng)熔煉爐自行熔煉的Mg-Li合金(Mg-5Li-3Al-2Zn-1Y)為原料，經(jīng)300 t臥式擠壓機(jī)擠壓成為直徑14 mm的圓棒，擠壓比17，擠壓溫度370 ℃，擠壓筒溫度280 ℃，擠壓速度0.5 mm/s。將擠壓變形的材料用石墨粉覆蓋，然后用錫薄紙包上在SX-2-10箱式熱處理爐中，采用573 K退火1 h的工藝。

1.2 制備方法

利用NH7720電火花線切割機(jī)將擠壓棒切割成4 mm×4 mm×6 mm的壓縮試樣。試樣方向分別與擠壓方向成0°、45°、90°角，圖1為取樣示意圖。

圖1 取樣示意Fig. 1 Sampling diagram

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

利用CMT5305型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，采用0.09 mm/min的壓縮速率，測(cè)壓縮曲線。利用蔡司顯微鏡(ZeissLab.A1)觀察顯微組織，運(yùn)用Panaly tical公司的Xpert pro X射線衍射儀進(jìn)行織構(gòu)分析，采用掃描電子顯微鏡(CamScan MX2600FE)及其搭載EBSD技術(shù)進(jìn)行顯微組織分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能

圖2為鎂鋰合金0°、45°、90°方向的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖2可知，0°方向抗壓強(qiáng)度為439.48 MPa，45°方向抗壓強(qiáng)度為348.13 MPa，90°方向抗壓強(qiáng)度為341.34 MPa。0°方向抗壓性能最優(yōu)，90°方向抗壓性能最低，鎂鋰合金擠壓型材在壓縮變形中表現(xiàn)出明顯的各向異性。其原因主要是材料在變形過(guò)程中形成了較強(qiáng)的織構(gòu)。按照木桶原理，后面重點(diǎn)討論鎂鋰合金90°方向織構(gòu)變化。

從曲線特征上看，0°方向應(yīng)力-應(yīng)變曲線程“S”型。變形初期拉伸孿晶易啟動(dòng)，曲線緩慢攀升；變形后期，臨界分切應(yīng)力較高的滑移系啟動(dòng)，曲線呈快速硬化特征[11]。45°方向、90°方向壓縮變形時(shí)，曲線非“S”型。特別是90°方向，當(dāng)變形量超過(guò)10%時(shí)，出現(xiàn)明顯的塑性失穩(wěn)現(xiàn)象,初步判定該方向壓縮變形過(guò)程中，變形機(jī)制發(fā)生了變化。

2.2 顯微組織

圖3為90°方向試樣退火態(tài)及17%壓縮變形量后的金相顯微組織。鎂鋰合金在擠壓變形后經(jīng)過(guò)了退火處理，退火組織晶粒分布均勻，局部區(qū)域存在退火孿晶。隨后對(duì)退火試件進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，在壓縮變形量達(dá)到17%時(shí)，金相組織中出現(xiàn)大量細(xì)小的孿晶組織，且在視野內(nèi)均勻分布。這說(shuō)明當(dāng)壓縮變形較大時(shí)，孿生也是其主要變形機(jī)制。

圖2 鎂鋰合金壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig. 2 Compressive stress-strain curves of Mg-Li alloy

圖3 90°方向試樣金相顯微組織Fig. 3 Microstructure of sample at 90° direction

2.3 X-射線衍射

圖4 鎂鋰合金90°方向不同壓縮量的XRD圖Fig. 4 XRD pattern of different compression in 90°direction of Mg-Li alloy

2.4 變形前后EBSD

圖5為鎂鋰合金90°方向壓縮變形前極圖及反極。

圖5 鎂鋰合金90°方向變形前極圖及反極圖Fig. 5 Pole figure and inverse pole figure of Mg-Li alloy with 90° to extrusion direction before compression deformation

圖6 鎂鋰合金90°方向變形后極圖及反極圖Fig. 6 Pole figure and inverse pole figure of Mg-Li alloy with 90° to extrusion direction after compression deformation

2.5 織構(gòu)演變規(guī)律

滑移系(或?qū)\生系)是否開(kāi)動(dòng)可用Schmid取向因子衡量。在軋制狀態(tài)下Schmid因子的計(jì)算公式[12]為

ms=cosαcosβ-cosγcosδ，

(1)

式中：α、β——RD與滑移方向和滑移面的夾角；

γ、δ——ND與滑移方向和滑移面的夾角。

同樣的方法也可計(jì)算孿晶系的Schmid因子?？紤]到鎂為六方晶系，用四軸坐標(biāo)指數(shù)表達(dá)，在計(jì)算時(shí)首先轉(zhuǎn)換為正交坐標(biāo)系下的對(duì)應(yīng)指數(shù)，根據(jù)式(1)進(jìn)行計(jì)算。

表1 鎂鋰合金典型滑移系相對(duì)取向因子值

表2 鎂鋰合金典型滑移系(孿生系)相對(duì)取向{0001}因子值

3 結(jié) 論

(1)鎂鋰合金在壓縮變形過(guò)程中表現(xiàn)出明顯的各向異性。當(dāng)壓縮方向平行ED方向時(shí)，抗壓強(qiáng)度最高；當(dāng)壓縮方向垂直ED方向時(shí)，抗壓強(qiáng)度最低。