镁(Mg)合金作为结构合金中最轻的一种，具有潜在的高比强度，在汽车、航空航天、电子、体育和医疗等领域对结构部件轻量化的需求日益增加，引起了广泛的关注。据报道，一种名为LA113的BCC Mg-Li-Al合金表现出色的性能组合。与其他镁合金不同，LA113合金中的强化（硬化）在从高于350°C的固溶处理温度进行水淬火后几乎立即达到峰值。

这项工作中，新南威尔士大学、南京理工大学、瑞典林雪平大学、南方科技大学、西北工业大学、中北大学、太原科技大学、北京科技大学等单位的研究人员通过间断加热实验，结合同步XRD和其他关键的实验和理论技术，研究了BCC结构Mg-Li-Al合金(LA113)在淬火组织分解过程中的各种相变及其机制，以及这些相变如何影响力学行为。该研究揭示了合金中完整的相变序列，为相变机制提供了形态学证据，为理解其他BCC Mg-Li-X合金的相变过程提供了基础，也为开发具有良好性能和微观结构稳定性的新一代超轻合金提供了科学依据。相关论文以题“Phase transformations in an ultralight BCC Mg alloy during anisothermal ageing”发表在Acta Materialia。

图1 在125 °C到400 °C淬火合金的原位WAXS光谱

图2 硬度和显微组织随时效温度的变化规律

在从θ相到核壳AlLi相的转变过程中，硬度逐渐增加。然而，AlLi的形成导致沉淀物的数量密度进一步降低。此外，AlLi不会产生连贯性增强。从175℃~300℃的WAXS数据可以看出，θ相的峰远高于AlLi相，这意味着该区间的相变主要是由于θ相的重溶。θ相的再溶解会向基体中释放更多的Al原子，这些原子是旋点分解的必要成分。因此，该温度区的硬度增加也是由于再淬火过程中的调幅分解所致。

图3 AlLi相的TEM研究和EDS图

图4 Mg3Al转化为AlLi的伪包晶反应的图解

AlLi通过从基体θ和Li中吸收Al在θ/β界面上成核。同时，更多的Al在θ相中被Mg原子取代，当边界达到临界浓度(Mg: 70 at.%)时，这部分θ相中最终转化为HCP (α) Mg。核壳模型类似于经典的包晶反应，导致θ到AlLi的转变可以被认为是一个伪包晶反应θ + Li(固溶体原子) → AlLi + Mg。θ的强化作用强于AlLi，但AlLi合金的延性更强，因此确定θ → AlLi相变对Mg-Li-Al合金强度和延性的平衡具有重要意义。

图4 模拟Mg3Al向AlLi的相变过程

图4(a)是中温275 ℃时效过程中θ向AlLi的演化过程。低温时效析出相呈球形，晶粒尺寸比棒状富铝区大70~130 nm。当t < 180时，大部分颗粒为θ相。在t = 180处，可以看到AlLi开始形成一个富镁的中心区域。之后，更多的θ转变为AlLi，粒子间的间距越来越大。AlLi相的三维形貌显示了更清晰的核壳结构，通过与AlLi相交叉的组成分析证实了AlLi形成于θ相与β-基体的界面，将部分Mg排斥到中心，这与实验数据很好地吻合。

总的来说，本文研究了体心立方(BCC) (wt.%) Mg-11Li-3Al三元合金在380 ℃的初始固溶处理和水淬后的相变顺序，然后连续加热到不同温度并重新淬火。确定的相变及其顺序为: BCC β相固溶体 → 富铝团簇(由于旋点分解)(低T) → Mg3Al (θ)(中T) → AlLi(高T)。随着时效温度的升高，合金的室温硬度明显降低，但在时效温度以上，由于富铝团簇的溶解和再析出导致θ析出，硬度再次升高。计算得到的θ相形成活化能较低，为77.3 kJmol⁻¹，这是室温下富铝旋节团簇不能形成该相的热力学原因。在中温条件下，富铝团簇作为θ相的成核位点，使得θ相的成核速率非常高，该相的生长是转变过程中的成核速率控制过程。在θ相和BCC β基体界面析出大量六边形紧密堆积的纳米Mg颗粒，导致共格性损失，是导致硬度损失的主要原因。TEM结果与计算和模拟结果相结合表明，θ相向AlLi相的转变发生在原位，可能是通过伪包晶反应发生的。（文：晓太阳）

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