摘 要

轻重高强的Al-Mg合金在新一代汽车、高速列车、城市轨道交通（如：地铁）、航空、航天领域有着广泛的应用。在已有的文献中，有产业化前景的Al-Mg合金的Mg含量最高为10wt%,为进一步降低Al-Mg合金密度并同时提高强度，发展Al-10Mg-3Li(wt.%)合金。首先，采用真空电阻炉熔炼 铸造制备出铸态合金;然后,对铸态合金进行均匀化处理;最后,用冷轧制备出最终的合金。分析铸态、均匀化处理态以及冷轧态的成分和微观组织，并测试铸态均匀化处理后材料和冷轧后材料的力学性能。

实验中铝镁锂合金的密度为2.5391g/cm³，比铝镁合金的密度小。实验中铸态合金有非常清晰的第二相组织，主要是Al₂MgLi相，在金相照片中为条状或枝状，均匀化处理后合金中铝镁两元素的均匀性有非常大的提升。力学性能方面铸态合金的强度达到269.28MPa，失效延伸率为7.48%，均匀化处理态合金的抗拉强度为221.52MPa，失效延伸率为12.92%，冷轧态合金的抗拉强度为453.6MPa，失效延伸率为0.78%，而轧制后的合金硬度达到179.9HV，远高于铸态和均匀化处理后的合金。

关键词：铝镁锂合金；均匀化处理；冷轧；力学性能

Abstract

Al-Mg alloys with light weight and high strength are widely used in the fields of new generation automobiles, high-speed trains, urban rail transit (e.g. metro), aviation and aerospace. Among the existing literatures, the highest Mg content of Al-Mg alloy with industrialization prospect is 10wt%. In order to further reduce the density of Al-Mg alloy and increase its strength, Al-10Mg-3Li (wt.%) alloy was developed. Firstly, as-cast alloys are prepared by vacuum resistance furnace melting and casting; then, as-cast alloys are homogenized; finally, the final alloys are prepared by cold rolling. The composition and microstructure of as-cast, homogenized and cold-rolled materials were analyzed, and the mechanical properties of as-cast homogenized and cold-rolled materials were tested.

The density of Al-Mg-Li alloy is 2.5391g/cm3, which is smaller than that of Al-Mg alloy. In the experiment, as-cast alloys have very clear second phase structure, mainly Al2MgLi phase, which is strip or branched in the metallographic photos. The homogeneity of Al and Mg in the alloys after homogenization treatment is greatly improved. In terms of mechanical properties, the strength of as-cast alloy reaches 269.28 MPa, the failure elongation is 7.48%, the tensile strength of as-homogenized alloy is 221.52 MPa, the failure elongation is 12.92%, the tensile strength of cold-rolled alloy is 453.6 MPa and the failure elongation is 0.78%, while the hardness of rolled alloy reaches 179.9HV, which is much higher than that of as-cast and homogenized alloy.Key Words：Al-mg-Li alloy; homogenization treatment; cold rolling; mechanical properties

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响 1

1.3 铝合金的热处理和强化机制 2

1.3.1 热处理 2

1.3.2 强化机制 2

1.4 研究目的与主要内容 3

1.4.1研究目的 3

1.4.2主要内容 4

第2章 Al-Mg-Li合金的制备及测试流程 5

2.1实验原料 5

2.2实验设备 5

2.2.1 真空电阻熔炼炉 5

2.2.2 热处理炉 5

2.2.3 轧机 6

2.2.4 金相显微镜 6

2.2.5 扫描电子显微镜和能谱仪 6

2.2.6显微硬度计 7

2.2.7万能试验机 7

2.2.8 ICP发射光谱仪 8

2.2.9 排水法测密度 8

2.2.10 辅助用设备线切割机和抛光机 8

2.3实验工艺流程 9

2.3.1 熔炼 9

2.3.2 均匀化退火 9

2.3.3 冷轧 9

2.3.4 金相组织观察 10

2.3.5 扫描电镜组织与断口观察（SEM）及能谱分析（EDS） 10

2.3.6 ICP发射光谱仪 10

2.3.7 力学性能测试（显微硬度和拉伸性能） 11

第3章Al-Mg-Li合金的微观组织与力学性能分析 12

3.1 密度及元素含量 12

3.2铸态、均匀化处理态及冷轧态的金相微观组织 12

3.3铸态、均匀化处理态及冷轧态的扫描电镜形貌分析 14

3.4铸态、均匀化处理态能谱分析 15

3.4.1 铸态中心 15

3.4.2 铸态边缘 16

3.4.3 均匀化处理态中心 17

3.4.4 均匀化处理态边缘 18

3.5铸态、均匀化处理态及冷轧态的断口形貌分析 20

3.6铸态、均匀化处理态及冷轧态的力学性能分析 20

3.6.1 显微硬度 20

3.6.2 拉伸性能 22

第4章 结论 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

Al-Mg系铝合金由其优异的耐蚀性、焊接性能及适中的强度和良好的塑性而广泛应用于航空航天、海洋船舶和汽车工业等。Al-Mg合金属于不可热处理强化的铝合金, 强度主要取决于Mg含量和形变强化程度。作为一类非时效硬化的变形A1合金，以Mg为主要合金元素的5XXX系列Al-Mg合金在航空航天(如:空间器件、飞机等)、地面交通运输(如:汽车、高铁列车、地铁列车等)、船舶、石油化工、电子器件(如:手机、电脑等)等领域获得了广泛应用。

有工业使用价值的Al-Mg-Li系铝合金，是一种中强可焊接的超轻型合金，它的典型代表为前苏联研究的0l420合金．该合金以极低的密度2.47g/cm³，优良的焊接性能和超高的抗腐蚀性而出名。并且前苏联已成功地将该合金应用于各类飞机，舰船，装甲板和超轻型压力容器上，并获得了非常好的效果。

Al-Mg-Li铝锂合金是一种高强、可焊、低温力学性能良好的铝合金，据现有研究报道，经过最优强化处理的Al-Mg-Li合金强度可以达到700MPa以上，是优良的航空航天材料之选。现代航空航天工业对零部件提出轻小化，低成本、大批量的要求，并且要求飞行器部件整体成型，采用超塑性成形不仅可以使复杂形状零部件达到整体成型构件的目的，而且可以进一步减轻重量。