丁文江院士团队《JMST》综述：镁锂合金的塑性变形与热处理！

镁锂(Mg-Li)合金被认为是最轻的结构金属材料(ρ,1.35-1.65g/cm³)，其密度仅相当于常见镁合金的2/3-3/4或铝合金的1/2-2/3。低密度Mg-Li合金力学性能、电磁屏蔽和减振降噪的优异结合，有助于提高能源利用效率，减少环境污染。因此，Mg-Li合金在航空航天、医疗器械、武器、电子等领域具有广泛的应用前景，被称为21世纪绿色工程材料。然而，Mg-Li合金的强度低、抗蠕变和耐蚀性差以及自然时效过程中的不稳定性限制了更广泛的应用。Mg-Li合金只在真空下熔炼，导致铸态组织缺陷较多，需通过塑性变形降低孔隙率、细化晶粒等改善合金性能。热处理对组织性能也有显著影响。大多数情况下，通过塑性变形和热处理，Mg-Li合金可获得理想的高强度和良好的延展性。虽然已对Mg-Li合金展开了很多研究，但是很少有专门的综述文章系统地报道塑性变形和热处理对Mg-Li合金微观组织和力学性能的影响。

上海交通大学丁文江院士团队刘文才、吴国华等人综述了Mg-Li合金变形加工和热处理的研究进展，重点介绍了影响Mg-Li合金塑性变形的因素，塑性变形和热处理对合金组织演变和力学性能的影响。指出了镁锂合金规模化应用中存在的问题，并对未来的研究方向进行了展望。相关论文以题为“Plastic deformation and heat treatment of Mg-Li alloys: a review”发表在Journal of Materials Science & Technology。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.04.072

研究表明Li可以降低Mg的轴向比和非基底滑移的临界剪切应力(CRSS)，有助于激活附加滑移系，提高塑性变形能力。一般情况下，Mg-Li二元合金中Li含量越高，塑性越好，但强度越低。另外变形温度和合金元素也是影响Mg-Li合金变形机制的关键因素。α-Mg和β-Li相在变形过程中的组织演变有显著差异，动态再结晶过程中的晶粒细化机制也有显著差异。β-Li相的出现降低了合金的变形抗力，使合金变形过程更加均匀，α-Mg相的最大应力相对较低。因此，β-Li相的DRX软化降低了α-Mg相的DRX驱动力。动态再结晶的发生主要与变形温度和应力速率有关。Mg-Li合金通常采用挤压作为中间变形，为后续的塑性变形或热处理提供良好的组织条件。挤压温度、挤压比、挤压速度和均匀化处理对Mg-Li合金的力学性能均有显著影响。

图1 挤压温度对Mg-9Li-3Al-2.5Sr合金组织的影响

 

图2 挤压Mg-Li板材的极图

(a) Mg-1Li; (b) Mg-2Li; (c) Mg-3Li

 

图3 Mg-8Li-3Al-2Zn-0.5Y合金在不同温度下时效4h的TEM图

(a)50℃; (b) 75℃; (c) 100℃

图4 (a) Mg-11Li-3Al-1(Zr, Y)合金的TEM图; (b) 黄色方形区域的傅里叶反变换(IFFT)图; (c) 自然时效过程中硬度变化; (d)Mg-11Li-3Al-1(Zr, Y)自然时效1000 h后的TEM图

 

热处理也对合金有显著影响，Mg-Li合金随着时效时间的延长和温度的升高，软相数量增加和析出相粗化会降低合金的硬度和强度。即使在室温下也会发生时效软化行为，导致强度稳定性差。合金化是现阶段限制Mg-Li合金时效软化的主要方法，Ag、Zr、Ca、Cu和稀土元素常被用作稳定元素。

 

镁锂合金虽具有一定优势和广阔的前景，并有望成为骨科植入物的候选材料，但在强度、时效软化等方面还存在许多问题，要实现Mg-Li合金的大规模应用还需要付出很大的努力。未来需要对Mg-Li合金的变形机理和热处理进行系统、深入的理论研究，建立组织、性能和工艺的关系模型，需要通过新的设计思想、先进技术和特殊变形方法，满足更广泛的结构应用。（文：破风）

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