Mg-Li-Zn-Gd超轻合金中自生准晶相的形成和强化机理研究

As the lightest structural metallic material, super-light Mg-Li alloys show wide application potentials in the field of aerospace. However, the mechanical properties of existing Mg-Li alloys are relatively poor. The introduction of in-situ quasicrystal with high thermal stability and obvious strengthening effect is a probable way to improve the mechanical properties of Mg-Li alloys. Based on this, Mg-Li dual phase alloy is chosen to be research object in this project. Rare earth element Gd is added into Mg-Li-Zn alloy to induce the formation of Mg3Zn6Gd in-situ quasicrystal phase in as-cast Mg-Li-Zn-Gd alloy. Extrusion is employed to promote the precipitation of nano quasicrystal phase in Mg-Li-Zn-Gd alloy. The mechanical properties of Mg-Li alloys would be improved effectively. Through the study of this project, we hope to confirm the forming rule of Mg3Zn6Gd in-situ quasicrystal phase in as-cast Mg-Li-Zn-Gd alloy, reveal the precipitation behavior of nano quasicrystal phase in α-Mg phase of extruded Mg-Li-Zn-Gd alloy, and clarify the strengthening mechanism of quasicrystal phase in as-cast and extruded Mg-Li-Zn-Gd alloy. The study of this project has important theoretical significance and practical value in the fields of super-light Mg-Li alloys and quasicrystal-strengthened Mg alloys.

作为最轻的金属结构材料，镁锂超轻合金在航空航天领域具有广阔的应用前景。但现有的镁锂合金存在力学性能差的缺点，引入具有高热稳定性和良好强化效果的自生准晶作为强化相是提高镁锂合金性能的潜在途径。本项目以Mg-Li双相合金为研究对象，提出向Mg-Li-Zn三元合金中加入稀土元素Gd，在铸态Mg-Li-Zn-Gd合金中形成Mg3Zn6Gd自生准晶相，通过挤压变形促进Mg-Li-Zn-Gd合金α-Mg相中纳米准晶相的析出，有效提高Mg-Li合金的力学性能。通过本项目的研究，有望确定铸态Mg-Li-Zn-Gd合金中Mg3Zn6Gd自生准晶相的形成规律，揭示挤压态Mg-Li-Zn-Gd合金α-Mg相中纳米准晶相的析出行为，阐明铸态和挤压态自生准晶增强Mg-Li-Zn-Gd合金中准晶相的强化机制。本项目的研究在镁锂超轻合金和自生准晶增强镁合金领域具有重要的理论意义和实践价值。

力学性能不足，尤其是强度低，一直是影响镁锂合金在航空航天领域取得大规模应用的主要阻碍之一。自生准晶相是镁合金中一种具有高热稳定性和良好强化效果的强化相，通过在镁锂合金中形成自生准晶相，有望大幅提高镁锂合金的力学性能。本项目提出向Mg-Li-Zn三元合金中加入稀土元素Gd，在铸态Mg-Li-Zn-Gd合金中形成了自生准晶相，通过挤压变形促进了Mg-Li-Zn-Gd合金中准晶相的破碎，从而有效提高Mg-Li合金的力学性能。主要开展了以下四方面的研究：一是研究了化学成分变化对铸态Mg-9Li-xZn-yGd合金相组成、微观组织和力学性能的影响，获得了合金成分对铸态Mg-9Li-xZn-yGd合金相组成、微观组织和力学性能的影响规律，揭示了相组成与成分之间的相关性；二是研究了挤压变形对Mg-9Li-xZn-yGd合金相组成、微观组织和力学性能的影响，揭示了挤压变形过程中的微观组织演变规律及其对性能的影响规律，阐明了不同类型第二相在拉伸变形中的强化作用；三是研究了添加Gd元素对铸态Mg-5Li-3Zn合金相组成、微观组织和力学性能的影响，揭示了稀土元素Gd对铸态Mg-5Li-3Zn合金相组成的影响机理，阐明了铸态Mg-5Li-3Zn-2Gd合金力学性能偏低的原因；四是对比研究了挤压变形对Mg-5Li-3Zn合金和Mg-5Li-3Zn-2Gd合金相组成、微观组织和力学性能的影响，阐明了挤压变形对Mg-5Li-3Zn合金和Mg-5Li-3Zn-2Gd合金力学性能促进作用的机理。通过本项目的研究，为自生准晶增强Mg-Li超轻合金的研究和应用奠定了理论基础，提供了实践借鉴。