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Ultraleichte, hochfeste Magnesium-Lithium-Legierung, Zugfestigkeit bis 405MPa

Magnesium-Lithium-Legierung wird als ultraleichte Legierung mit einer Dichte zwischen 1.35 und 1.65 g/cm3 bezeichnet und ist derzeit das leichteste metallische Strukturmaterial in technischen Anwendungen. Die Legierung hat die Eigenschaften hoher spezifischer Festigkeit und spezifischer Steifigkeit, starker Kalt- und Warmverformbarkeit und nicht offensichtlicher Anisotropie.

Gleichzeitig hat es auch viele Vorteile wie eine gute elektromagnetische Abschirmleistung und Dämpfungsleistung, sodass es ideal für Luft- und Raumfahrt, Elektronik und Militär geeignet ist. Der leichte Strukturwerkstoff hat vielfältige Anwendungsperspektiven und ein enormes Entwicklungspotenzial.

Ultraleichte, hochfeste Magnesium-Lithium-Legierung, Zugfestigkeit bis 405MPa

Die geringere absolute Festigkeit schränkt jedoch die Weiterentwicklung und Anwendung von Magnesium-Lithium-Legierungen in der Industrie stark ein. Der Einfluss von Herstellverfahren, Legierung, Wärmebehandlung und Umformbearbeitung auf das Gefüge und die Leistungsfähigkeit von Magnesium-Lithium-Legierungen wurde bisher von Wissenschaftlern im In- und Ausland untersucht. Allerdings ist die absolute Festigkeit von Magnesium-Lithium-Legierungen noch grundsätzlich auf ca. 250 MPa begrenzt. Auf der Grundlage früherer Studien sind noch weitere Untersuchungen erforderlich, um Magnesium-Lithium-Legierungen mit besserer Leistung zu entwickeln.

Als Freiformverfahren zur Verarbeitung Welle und Rohrteile, drehbar Schmieden hat die Eigenschaften eines breiten Verarbeitungsbereichs, einer hohen Verarbeitungsgenauigkeit, einer guten Produktleistung, einer hohen Materialausnutzung und einer großen Produktionsflexibilität. Während des Rotary Schmieden Prozess, die 4 Schmieden Die Matrizen drehen sich mit hoher Geschwindigkeit um die Knüppelachse, während sie eine hohe Frequenz ausführen Schmieden auf dem Knüppel, wodurch die Größe oder Form des Knüppels reduziert wird Welle Abschnitt, wodurch seine Leistung verbessert wird.

In den letzten 10 Jahren wurde die Rotationsschmiedetechnologie kontinuierlich verbessert und zur Herstellung von mehrschichtigen rohrförmigen Verbundwerkstoffen und Nichteisenmetallwerkstoffen wie Aluminiumlegierungen oder Kupferlegierungen sowie zur Bearbeitung von Materialien wie Magnesiumlegierungen verwendet die bei Raumtemperatur schwer zu verarbeiten sind. Daher verwendet diese Studie eine kostengünstige Rotationsschmiedetechnologie, um Magnesium-Lithium-Legierungen bei Raumtemperatur plastisch zu verformen. Ziel ist es, große Stücke hochfester Magnesium-Lithium-Legierungen zu erhalten und den Verformungsmechanismus eingehend und systematisch zu erforschen und aufzudecken.

Forscher der Nanjing University of Science and Technology haben erfolgreich eine ultraleichte hochfeste Magnesium-Lithium-Massenlegierung mit einem neuen Festigkeitsrekord durch Rotationsschmiedeumformung mit einem Dehnungsbetrag von nur 0.32 hergestellt. Seine Zugfestigkeit bei Raumtemperatur kann 405 MPa erreichen. Das dazugehörige Papier wurde in Materials Research Letters mit dem Titel „Achieving ultra-strong Magnesium-lithium legs by low-strain rotary saging“ veröffentlicht.

In diesem Artikel wird eine Mg-4Li-3Al-3Zn-Legierungsprobe mit einem Durchmesser von 20.2 mm verwendet, und der Durchmesser wird durch Multi-Pass-Niedrig-Dehnungs-Raumtemperatur-Stauchverfahren auf 17.2 mm reduziert, und die äquivalente Effektvariable beträgt 0.32 . Studien haben gezeigt, dass die Rotationsschmiedetechnologie hochdichte Zwillinge und Nanostapelfehler in Mg-4Li-3Al-3Zn einbringt, wodurch eine ultrahochfeste und ultraleichte Magnesium-Lithium-Legierung mit einer Zugfestigkeit von mehr als 400MP bei Raumtemperatur, das ist die aktuelle Magnesium-Lithium-Legierung Die höchste Festigkeit des Systems hat offensichtliche Vorteile.

Gleichzeitig werden die hohe Dehnungsrate und die dreidimensionale Spannung des Stauchprozesses genutzt, um bessere Metallstromlinien zu bilden, Spannungskonzentrationen und Risse an der Zwillingsgrenze zu vermeiden, wodurch ein großer Block aus hochfester Magnesium-Lithium-Legierung hergestellt wird. das ist Magnesium Die industrielle Herstellung und Anwendung von Lithiumlegierungen bietet neue Richtungen und Möglichkeiten.

Abb.1 Schematische Darstellung des Drehschmiedeprozesses und Vergleichsdarstellung der Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften der Drehschmiedeprobe

Die Studie ergab, dass die hochdichten Zwillinge, die in Mg-4Li-3Al-3Zn durch Rotationsschmieden mit kleiner Belastung eingeführt wurden, Zugzwillinge und Kompressionszwillinge umfassen. Darüber hinaus gibt es, wie in Abbildung 2(c) gezeigt, auch eine mehrschichtige Spezial-Schichtstruktur, die von Zwillingen hergestellt wird. Im Anfangsstadium der Verformung wird eine große Anzahl von Primärzwillingen parallel von der Korngrenze emittiert, um einen langen und schmalen Zwillingsgürtel zu bilden. Gleichzeitig wird während des Zwillingsprozesses eine lokale Spannungskonzentration an der Spitze des Zwillings erzeugt, wodurch eine große Anzahl von Mehrlingszwillingen aktiviert wird.

Darüber hinaus gibt es eine große Anzahl von Nanostapelfehlern, die von der Korngrenze innerhalb der Zwillinge emittiert werden. Die Arten von Stapelfehlern umfassen einen wachsenden Stapelfehler I1 und einen deformierenden Stapelfehler I2. Die GPA-Analyse zeigte anschaulich, dass Nanostapelfehler das Verrutschen von Versetzungen stark behindern und verstärkende Effekte bewirken können. Daher sind neben der Zwillingsverstärkung auch hochdichte Nanopitch-Stapelfehler einer der Hauptverstärkungsmechanismen.

Zum ersten Mal in dieser Studie wurde die Verformung einer Magnesium-Lithium-Legierung durch Rotationsschmieden beobachtet und eine große, ultraleichte und hochfeste Magnesium-Lithium-Legierung mit einem neuen Festigkeitsrekord erfolgreich hergestellt. Im Vergleich zu anderen schweren plastischen Verformungsprozessen führt der Rotationsschmiedeprozess unter der Bedingung einer kleinen Verformungsverformung hochdichte Zwillinge und Nanostapelfehler in die massive Magnesium-Lithium-Legierung ein, was die Bewegung von Versetzungen effektiv verhindert und die Kaltverfestigung aufrechterhält hauptsächlich im Zusammenhang mit der hohen Dehnrate und dem sich ständig ändernden Spannungszustand im RS-Prozess. Die obigen Ergebnisse bieten neue Richtungen und Möglichkeiten für die industrialisierte Herstellung und Anwendung hochfester Magnesium-Lithium-Legierungen.

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