超轻镁锂合金的塑性变形

在当前能源紧缺的形势下，倡导绿色循环、节能减排等可持续发展战略对轻质材料的需求十分迫切。镁锂合金作为目前工程材料中最轻的合金，是实现轻量化的首选材料之一，并且一直受到广泛的关注。镁锂合金被称为“梦幻合金”，该合金具有超低密度、优良的阻尼性、电磁屏蔽性以及良好的塑性成形性，在军用、民用、3C（计算机类、消费类电子产品、通信类）产业领域，尤其是在航空航天领域具有极大的应用前景。 
一般镁锂合金的密度为1.35～1.65g/cm3，是金属结构材料中最轻的一种合金，比普通的镁合金轻1/4，比一般铝合金轻1/3，所以镁锂合金也被称为超轻合金。由镁锂二元相图知，当锂含量小于5.7%（质量分数）时，镁锂合金由HCP结构单相α-Mg相构成；当锂含量在5.7%～10.3%（质量分数）时，由HCP结构α-Mg相和BCC结构β-Li相组成，为双相组织；当锂含量大于10.3%（质量分数）时，由BCC结构单相β-Li组成。在镁中添加锂元素，不仅能够降低镁合金的密度，而且可以改善镁合金的塑性及稳定性。Mg-Li合金作为目前最轻的金属结构材料，在塑性变形方面受到了广泛的关注，比如传统的轧制、挤压、加工变形等工艺。 
镁锂合金的开发和应用始于1910年，随后各国科学家对镁锂合金的相转变和制备方法开展了长期的研究工作。从20世纪80年代开始，各国相继对镁锂合金制备及变形加工、热处理等基础性工作进行深入研究。也是从20世纪80年代起，我国的东北大学、中南大学、重庆大学、上海交通大学以及中国科学院沈阳金属研究所等数十家重点大学及科研机构开展了对镁锂合金的研究，并取得了较好的成果。镁锂合金由于其绝对强度低、耐蚀性差的缺点，需要通过合金化、塑性变形等方法提高其综合力学性能和耐蚀性。目前，国内外已有一些知名学者编著了镁锂合金相关方面的著作。但大多是系统地介绍镁锂合金的性能及应用或涉及的仅为镁锂合金的某些性能的研究。本书作者近年来一直从事镁锂合金的相关研究工作，在镁锂合金的塑性变形方面开展了相关工作，并取得了一些研究成果，内容涉及密排六方结构Mg-Li二元合金、三元合金及双相镁锂合金及体心立方结构的镁锂合金相关热点研究工作。本书即在这些工作基础上对现有研究成果进行总结，重点内容为镁锂合金的塑性变形行为研究，所涉及的合金种类包括α-Mg单相合金和α-Mg β-Li双相镁锂合金，塑性变形方法包括：轧制、锻造、挤压等。同时参考目前国内外同行的最新研究成果进行了镁合金及镁锂合金综述。 
本书共7章，由李瑞红（内蒙古科技大学）、蒋斌（重庆大学）、曾迎（西南交通大学）、刘婷婷（西南大学）著。由李瑞红提出写作大纲和统稿。写作分工为：李瑞红第1章及第5～7章，蒋斌第2章，曾迎第3章，刘婷婷第4章。 
谨向书中引用文献的作者表示由衷的感谢。同时在书稿编写过程中得到了内蒙古科技大学的赵莉萍教授、金自力教授、任慧平教授，硕士研究生冯效琰、逄雪和何旭的帮助，在此一并致以谢意！ 
作者衷心希望本书能够对从事镁锂合金研究、开发和生产的教师、研究生和技术人员提供有力的帮助，对我国变形镁锂合金的发展起到一定的推动作用。由于作者水平有限，书中难免存在不足及疏漏之处，恳请广大读者批评指正，作者将不胜感激。 

作者 
2023年2月12日

《超轻镁锂合金的塑性变形》总结了作者近年来在超轻镁锂合金的塑性变形方面的研究工作，同时对近年来国内外在这些方面的研究现状进行了综述。全书内容共7章，分别对镁合金及镁锂合金的塑性变形、HCP（密排六方）结构镁锂合金的凝固路径与生长限制因子计算、HCP结构Mg-xLi二元合金的塑性变形行为、HCP结构Mg-xLi-Al三元合金的塑性变形行为、HCP结构Mg-xLi-3Al-1Zn合金的塑性变形行为、双相镁锂合金的深冷轧制塑性变形进行了系统的论述。《超轻镁锂合金的塑性变形》可供高等院校、科研院所材料科学与工程、冶金工程、材料成型及控制工程等相关领域的教师、科研工作者、研究生和工程技术人员作为科研及教学参考用书。

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第1章　绪论　001 
1.1　镁合金简介    002 
1.1.1 镁合金的特点及分类    002 
1.1.2 镁合金的发展及应用    005 
1.2　镁锂合金简介    008 
1.2.1 镁锂合金的发展历史    008 
1.2.2 镁锂合金的特点    010 
1.2.3 镁锂合金的应用    011 
1.2.4 镁锂合金的发展前景    015 
1.3　镁锂合金的强化方法    016 
参考文献    020 

第2章　镁锂合金的塑性变形　026 
2.1　镁锂合金的塑性变形方法    027 
2.1.1 轧制    027 
2.1.2 锻造    028 
2.1.3 挤压    031 
2.1.4 其他变形方法    032 
2.2　镁锂合金的塑性变形特点    034 
2.3　镁锂合金的塑性变形影响因素    039 
2.4　镁锂合金的塑性变形研究方法    040 
2.5　本章小结    042 
参考文献    042 

第3章　HCP 结构镁锂合金的凝固路径、生长限制因子计算　046 
3.1　相图计算简介    047 
3.1.1 热力学计算相图    047 
3.1.2 枝晶生长限制因子计算    050 
3.2　Mg-xL-i 1Al（x= 1，3，5）合金凝固路径计算    051 
3.2.1 Mg-xLi-1Al合金平衡相图变温截面分析    051 
3.2.2 Mg-xLi-1Al合金Scheil非平衡模型凝固路径分析    052 
3.3　Mg-xL-i 1Al（x= 1，3，5）合金GRF 值计算    053 
3.3.1 基于二元平衡相图计算    053 
3.3.2 基于三元平衡相图计算    054 
3.3.3 基于Scheil凝固模型计算    056 
3.4　GRF 值对Mg-xL-i 1Al（x= 1，3，5）合金晶粒尺寸的影响    058 
3.5　HCP 结构镁锂合金铸态及均匀化态微观组织    060 
3.5.1 铸态合金显微组织    060 
3.5.2 均匀化态合金显微组织    062 
3.6　本章小结    062 
参考文献    063 

第4章　HCP 结构Mg-x Li 二元合金的塑性变形行为　065 
4.1　Mg-Li 二元合金的制备与性能测试    066 
4.1.1 Mg-Li二元合金的制备    066 
4.1.2 合金的变形加工    067 
4.1.3 分析测试方法    067 
4.2　Mg-Li 挤压板材的显微组织及力学性能    069 
4.2.1 Mg-Li挤压板材的显微组织    069 
4.2.2 Mg-Li挤压板材的力学性能    070 
4.3　Mg-Li 二元合金轧制板材的显微组织和力学性能    072 
4.3.1 不同轧制压下量下Mg-3Li板材的显微组织    072 
4.3.2 轧制变形对Mg-3Li板材力学性能的影响    075 
4.4　Mg-Li 二元合金的塑性变形机制    076 
4.4.1 Li含量对挤压态镁合金显微组织的影响    076 
4.4.2 Li含量对挤压态镁合金力学行为的影响    077 
4.4.3 轧制变形对Mg-3Li挤压板材力学行为的影响    080 
4.5　本章小结    083 
参考文献    084 

第5章　HCP 结构Mg-x Li-Al 三元合金的变形行为　086 
5.1　Mg-xL-i 1Al（x= 1，3，5）合金的热变形行为    087 
5.1.1 Mg-xLi-1Al合金真应力-应变曲线    088 
5.1.2 Mg-xLi-1Al合金流变应力的本构方程建立    090 
5.1.3 Mg-xLi-1Al动态再结晶动力学模型    097 
5.2　热变形对合金断口形貌的影响    102 
5.2.1 变形条件对宏观形貌的影响    103 
5.2.2 微观断口形貌特征    103 
5.3　变形参数对微观组织演变的影响    104 
5.3.1 变形温度对微观组织的影响    104 
5.3.2 变形速率对微观组织的影响    106 
5.4　Mg-xL-i 1Al（x= 1，3，5）合金的热变形机制    107 
5.4.1 Mg-xLi-1Al合金的动态再结晶行为    107 
5.4.2 Mg-xLi-1Al合金在热变形中的孪生行为    109 
5.4.3 锂含量对再结晶程度的影响    110 
5.5　本章小结    112 
参考文献    113 

第6章　HCP 结构Mg-x Li-3Al-1Zn 合金的塑性变形行为　117 
6.1　Mg-xL-i 3A-l 1Zn 合金冷轧及退火板材的制备    118 
6.2　Mg-xL-i 3A-l 1Zn 冷轧及退火板材的显微组织及力学性能    119 
6.2.1 冷轧板材及冷轧退火板材的显微组织    119 
6.2.2 冷轧退火板材的力学性能    123 
6.3　Mg-xL-i 3A-l 1Zn 合金的塑性变形机制    128 
6.3.1 压下量为5%时Li含量对AZ31板材显微组织、力学性能的影响    128 
6.3.2 不同压下量下LAZ131板材的力学行为    133 
6.3.3 不同压下量下LAZ331板材的力学行为    134 
6.3.4 不同压下量下LAZ531板材的力学行为    140 
6.4　本章小结    145 
参考文献    146 

第7章　双相镁锂合金的深冷轧制塑性变形　148 
7.1　深冷技术概述    149 
7.1.1 黑色金属深冷变形研究现状    150 
7.1.2 有色金属深冷变形研究现状    150 
7.2　深冷处理对双相镁锂合金的微观组织和力学性能的影响    152 
7.2.1 深冷处理对双相镁锂合金微观组织的影响    154 
7.2.2 深冷处理对双相镁锂合金中物相演变规律的影响    159 
7.2.3 深冷处理对双相镁锂合金的力学性能的影响    162 
7.3　Mg-9L-i 1Zn 合金的深冷轧制变形行为    166 
7.3.1 深冷轧制对LZ91双相镁锂合金显微组织演变的影响    166 
7.3.2 深冷轧制对LZ91双相镁锂合金力学性能的影响    170 
7.4　Mg-9L-i 3A-l 1Zn 合金的深冷轧制变形行为    174 
7.4.1 深冷轧制对LAZ931双相镁锂合金显微组织演变的影响    174 
7.4.2 深冷轧制对LAZ931双相镁锂合金力学性能的影响    178 
7.5　本章小结    181 
参考文献    181

《超轻镁锂合金的塑性变形》总结了作者近年来在超轻镁锂合金的塑性变形方面的研究工作，同时对近年来国内外在这些方面的研究现状进行了综述。全书内容共7章，分别对镁合金及镁锂合金的塑性变形、HCP（密排六方）结构镁锂合金的凝固路径与生长限制因子计算、HCP结构Mg-xLi二元合金的塑性变形行为、HCP结构Mg-xLi-Al三元合金的塑性变形行为、HCP结构Mg-xLi-3Al-1Zn合金的塑性变形行为、双相镁锂合金的深冷轧制塑性变形进行了系统的论述。《超轻镁锂合金的塑性变形》可供高等院校、科研院所材料科学与工程、冶金工程、材料成型及控制工程等相关领域的教师、科研工作者、研究生和工程技术人员作为科研及教学参考用书。

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