退火对LA141镁-锂合金板材显微组织与力学性能的影响
刘旭贺，肖 阳，王军武，解海涛
【摘 要】摘要:采用真空感应熔炼方法制备了LA141(Mg-14Li-1Al)超轻镁-锂合金，并通过挤压和轧制变形制备了0.8 mm厚的板材，轧制压下率达到90%以上。对轧制板材进行了两种工艺退火，通过OM、XRD、SEM等手段观察热处理前后轧板的显微组织，通过拉伸试验和硬度测试测定退火前后的力学性能。结果表明，温轧的方法有利于制备出宽幅薄板，且成品率较高;温轧LA141镁-锂合金薄板材具有较高的塑性;退火后，细晶强化作用和析出强化作用使合金的强度增加，但伸长率有所下降;225℃2 h退火后，合金具有较好的综合性能。 【期刊名称】轻合金加工技术 【年(卷),期】2015(043)005 【总页数】6
【关键词】关键词:镁-锂合金;退火;显微组织;力学性能
镁合金是21世纪绿色金属材料，具有低密度、高比强度、高比刚度，并且可以回收利用。但由于镁的密排六方结构，导致镁合金的塑性变形能力较差［1］。将锂元素作为主要合金化元素添加到镁合金中，制备出镁-锂合金，镁-锂合金是最轻的金属结构材料，密度约1.3 g/cm3～1.6 g/cm3。锂的加入，不仅进一步降低了镁合金的密度，而且能够减小密排六方结构的轴比c/a值，大大提高合金的塑性变形能力。镁-锂合金不但具备镁合金的材料特性，还具有良好的冷加工性能、电磁屏蔽性能、减震性能以及导热性能，在航空航天、武器装备、交通运输以及3C产业等领域具有巨大的应用潜力［2］。
根据镁-锂二元相图，当镁-锂合金中w(Li)＜5.7%时，合金属于α相，HCP晶
体结构;当w(Li)＞10.3%时，属于β相，BCC晶体结构，具有良好的室温塑性及加工特性;当w(Li)=5.7%～10.3%之间，则属于α+β双相合金，具有良好的综合性能。美国和苏联曾对镁-锂合金进行过大量研究，开发出了各自的商业镁-锂合金，如 MA21、MA18、LA141、LA91 等［4-5］。
镁-锂二元合金强度低，耐腐蚀性能差，一般通过合金化的方式予以增强。铝的密度与镁的相差不大，作为合金化元素添加到合金中对合金密度没有很大影响。同时，铝在镁中有较大的固溶度，具有很好的固溶强化效果［6-7］。美国相关研究机构利用铝的这些特点研制出了LA141超轻镁-锂合金。LA141镁-锂合金是美国陆军导弹部与Battelle研究所合作研制的一种超轻合金，成分为Mg-14Li-1Al，密度为1.35 g/cm3，美国公布的LA141镁-锂合金的典型抗拉强度为130 N/mm2，屈服强度为103 N/mm2，伸长率为12%，弹性模量为42.7 GPa。LA141镁-锂合金曾被用于航天飞机及宇宙飞船的零部件［8］。常见的LA141镁-锂合金的多以铸锭或者锻件的形式供应，而且其力学性能较低。而用量日益增长的3C产业，其需求一般为板材，特别是厚度小于1 mm的薄板，且要求具有较高的强度和伸长率(＞20%)。
轧制是生产板材的主要方式，铸锭直接进行轧制得到的板材一般具有明显的各向异性，不利于后续的加工成形。因此，本试验采用先挤压后轧制的方法［9］。经过挤压的合金一般具有完全再结晶的组织，有利于轧制的顺利进行。另外，由于镁的化学性质比较活泼，如果温度过高，会使镁-锂合金表面氧化［10-11］，不利于控制轧板的板形，因此采用温轧的方式。冯林平等［12］通过研究发现，轧制后的β相镁-锂合金经过时效后，具有较高的强度和比强度。因此，为了满足市场对镁-锂合金的需求，通过挤压和温轧制备了LA141镁-锂合金薄
板，并对板材进行了热处理，以期得到超轻与高强高塑同时具备的合金。
1 试验过程
试验合金为LA141镁-锂合金，成分为Mg-14Li-1Al，原料为纯镁锭(纯度大于99.95%)，纯锂锭(纯度大于99.7%)以及纯铝锭(纯度大于99.7%)。采用75 kg真空感应炉进行熔炼，选用铸铁坩埚、低碳钢模具，高纯氩气进行保护。金属融化并静置后，浇铸进圆形模具中，浇铸温度为730℃～750℃，得到直径为250 mm的铸锭。
铸锭经过车削加工去除表面氧化皮后，在25 MN卧式挤压机上进行挤压变形，铸锭预热温度200℃，挤压筒预热温度 200℃，模具预热温度300℃，挤出板材横截面尺寸为320 mm×14 mm，挤压比约为11。挤压板材采用二辊轧机进行温轧，板材预热温度为230℃，轧辊预热温度约为200℃，单道次压下量约为15%，轧制得到0.8 mm(厚)×350 mm(宽)的薄板，总压下量约为94%。轧板采用225℃2 h、175℃1 h两种工艺进行退火。
按照取样、粗磨、抛光、浸蚀等步骤进行金相试样的制备。先后用120#、600#、1500#和2000#水砂纸粗磨，在抛光机上进行抛光，采用Cr2O3悬浊液做抛光液，抛光至表面无明显划痕。采用2 g苦味酸+5 mL乙酸+95 mL酒精的混合溶液作为浸蚀剂，浸蚀时间为20 s～30 s，侵蚀后迅速用酒精冲洗，吹风机吹干，在LEICA DM4000M光学显微镜上进行显微组织观察并照相。采用X，pert Pro X-衍射分析仪对不同状态的合金进行物相分析，扫描角度20°～80°，扫描速度10°/min。
按照ASTM E8标准进行拉伸试验的加工并进行拉伸力学性能的测试，拉伸试样形状及尺寸如图1所示。进行拉伸测试前，拉伸试样表面用1500#水砂纸进
退火对LA141镁-锂合金板材显微组织与力学性能的影响
