2E12铝合金微观组织与性能的新型热机械处理调控机理研究（英文）

采用拉伸试验与疲劳裂纹扩展试验,以及扫描电子显微分析与透射电子显微分析,研究了热机械处理对2E12铝合金的拉伸力学性能、疲劳性能以及微观组织结构的影响。采用本热机械处理可以使2E12合金同时获得优异的强度与塑性配合,其屈服强度较T3提高了28%,抗拉强度也提高了17%,同时其延伸率仍维持T3水平(16%以上)。热机械处理样品裂纹扩展速率低于T3及T6峰时效状态。热机械处理状态的合金中包含大量相互缠结的位错,并形成了位错胞状组织。新型热机械处理大幅提升合金综合性能的机制是多种复合组织结构的协同作用,包括位错亚结构、Cu/Mg溶质原子团簇及空位复合体、GPB区等。     

Regulation Mechanism of Novel Thermomechanical Treatment for Microstructure and Properties of 2E12 Aluminum Alloy

采用拉伸试验与疲劳裂纹扩展试验,以及扫描电子显微分析与透射电子显微分析,研究了热机械处理对2E12铝合金的拉伸力学性能、疲劳性能以及微观组织结构的影响。采用本热机械处理可以使2E12合金同时获得优异的强度与塑性配合,其屈服强度较T3提高了28%,抗拉强度也提高了17%,同时其延伸率仍维持T3水平（16%以上）。热机械处理样品裂纹扩展速率低于T3及T6峰时效状态。热机械处理状态的合金中包含大量相互缠结的位错,并形成了位错胞状组织。新型热机械处理大幅提升合金综合性能的机制是多种复合组织结构的协同作用,包括位错亚结构、Cu/Mg溶质原子团簇及空位复合体、GPB区等     

新型热机械处理对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织与性能的影响

通过拉伸实验、慢应变速率实验、剥落腐蚀实验、扫描电镜和透射电镜观察,研究新型热机械处理对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织及性能的影响。结果表明:冷变形最终热机械处理能够使合金在塑性不显著降低的情况下,提高合金的强度,温变形最终热机械处理能有效弥补常规最终热机械处理后伸长率较低的缺陷,同时能有效改善合金的抗剥落腐蚀性能;回归后冷变形可提高合金强度,但降低了合金的伸长率;回归后温变形处理能使合金获得良好的综合性能,如力学性能、抗应力腐蚀性和抗剥蚀性能。新型热机械处理改善合金性能的机理是合金晶粒形态、位错、初生相以及析出相等显微组织结构的协同作用。     

7475-T7351铝合金厚板的疲劳性能

通过金相显微镜(OM)、取向分布函数(ODF)及扫描电镜(SEM)研究25 mm厚7475-T7351铝合金板材的疲劳性能和裂纹扩展速率。结果表明:板材的疲劳强度存在各向异性,横向疲劳强度为300 MPa,纵向疲劳强度为310 MPa,疲劳寿命均大于1×107 cycle。板材在Kt=1、应力比R=0.1和应力强度幅度?K=30 MPa·m1/2条件下,纵向疲劳裂纹扩展速率da/d N为2.73×10-3~4.41×10-3 mm/cycle,横向疲劳裂纹扩展速率da/d N为5.76×10-3~8.22×10-3 mm/cycle。疲劳裂纹主要在次表面的含O、Na、Cl非金属夹杂物处及粗大第二相处萌生,在疲劳裂纹扩展区可观察到大量疲劳条带,在瞬时断裂区,断口呈小韧窝和解理断裂的混合形貌。     

Al-Cu-Mg合金组织与力学性能的新型热机械处理调控

采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、拉伸力学性能测试、疲劳裂纹扩展速率测试等研究了新型热机械处理对Al-Cu-Mg合金组织与性能的影响及调控机理。结果表明：新型热机械处理可以使Al-Cu-Mg合金实现良好的强塑性配合，在高伸长率(11.3%)条件下抗拉强度和屈服强度分别达到516.7MPa和475.3 MPa。热机械处理中的大倾转角、大扭转角晶界的Goss晶粒和剪切织构的引入显著提高了合金的抗疲劳裂纹扩展性能，裂纹闭合效应可降低有效裂纹尖端应力强度因子范围，延缓疲劳裂纹扩展速率。新型热机械处理通过对析出相、位错与织构组态的协同调控以显著改善合金的力学性能。本工艺的织构演变包括Cube织构和Goss织构的形成与转变，Brass织构、Copper织构和S织构等轧制织构以及剪切织构的形成。     

热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了热处理对TC4-DT合金φ300 mm棒材显微组织、拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明:经800℃×2 hAC简单退火、α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后的TC4-DT的显微组织分别为等轴组织、双态组织和片状组织.等轴组织具有较好的拉伸性能、低的断裂韧性和高的疲劳裂纹扩展速率:双态组织与等轴组织相比较,具有较好的拉伸性能,较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率:片状组织的拉伸强度低于双态组织和等轴组织,塑性最低,断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率与双态组织的基本相同.总体来说,TC4-DT合金经α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后可获得R_m≥3825 Mpa,R_(P0.2)≥750 Mpa,A_5≥8%,K℃≥90 Mpa ,疲劳裂纹扩展速率小于8×10~(-6)～9×10~(-6) mm/cycle的综合性能.     

热机械处理对Al-Cu-Mg合金显微组织和力学性能的调控机理

采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、拉伸力学性能测试以及疲劳裂纹扩展速率测试等手段探究热机械处理工艺对Al-Cu-Mg合金显微组织及宏观性能的影响。结果表明：热机械处理工艺可以使Al-Cu-Mg合金获得良好的强塑性配合,其中,采用25%变形量的固溶热轧+30%变形量的深冷非对称轧制(1.2异速比)+100℃、6 h的人工时效处理时,Al-Cu-Mg合金的伸长率可达10.1%;抗拉强度和屈服强度达到了517.2和448.3 MPa,分别比常规T6态的Al-Cu-Mg合金高74.8和98.6 MPa。热机械处理工艺使合金中出现大量位错缠结及细小S析出相,高强度的Goss织构和大量剪切织构通过影响疲劳裂纹的偏折提升合金的疲劳性能。     

Al-Mg-Mn-Er合金双面搅拌摩擦焊接头局部显微组织和强化机制（英文）

通过研究Al-Mg-Mn-Er合金双面搅拌摩擦焊接头的局部显微组织和强化机制揭示其软化机制。结果显示：焊核区形成细小等轴晶组织(5.61μm)，而热机械影响区(45.32μm)和热影响区(100.73μm)仍为纤维状组织。从基体到焊核区，小角度晶界分数从75.6%降低到15.6%。退火效应导致位错密度从母材的1.8×10¹⁴ m^-2减小到焊核区的4.5×10¹² m^-2。焊核区、热机械影响区和热影响区Al₃(Er,Zr)析出相的平均尺寸和体积分数与基体的(13.7 nm,0.13%)均接近。焊核区和热机械影响区的屈服强度最低，约为201 MPa；基体的屈服强度最高，约为295 MPa。位错强化和亚结构强化的损失是从基体到焊核区屈服强度降低的主要原因。     

一种新型Al-Cu-Li合金性能

设计一种新型Al-Cu-Li-Mg-Ag合金,研究热处理制度对新合金拉伸性能及裂纹扩展性能的影响,利用光学显微镜、透射电镜和扫描电镜等手段研究合金微观组织及断口形貌。结果表明:该新型铝锂合金经过540℃固溶1 h,(12%+RT/120 h+145℃/20 h)双级时效热处理后获得良好的综合性能:抗拉强度σ_b=443 MPa,屈服强度σ_(0.2)=397 MPa,延伸率δ=16.5%,裂纹扩展速率da/dn≈1.34×10~(-3) mm/cycle(△K=30 MPa·m~(1/2))。双级时效态下析出大量细小均匀的T_1相,在保证合金强度的同时,提高合金的抗疲劳裂纹扩展性能。T_8态下析出相对粗大的T_1相,θ′相和极少量的S′相,合金强度达到项目要求,抗疲劳裂纹扩展性能较差。T_3态下析出相数量少,合金强度不满足项目指标。     

预拉伸变形对欠时效7N01铝合金板材疲劳断裂的影响

针对工业化生产的7N01铝合金板材,采用拉伸实验、疲劳实验和微观组织结构表征等手段研究了预拉伸变形对欠时效态7N01铝合金板材疲劳性能和疲劳断裂特征的影响。结果表明,预拉伸变形量增大至20%,欠时效态7N01铝合金板材中合金相粒子的形状、尺寸、数量、分布以及薄带状晶粒的尺寸和形状基本保持不变。然而,板材表现出明显的加工硬化效应,其屈服强度、抗拉强度和显微硬度分别由181 MPa、233 MPa和95 HV增大至254 MPa、271 MPa和117 HV,延伸率从23.2%降低至5.2%。在应力175 MPa、应力比R=0的疲劳循环加载条件下,随预拉伸变形量的增加,欠时效态7N01铝合金板材的疲劳寿命呈现出先缩短再延长又缩短的趋势。未预拉伸变形试样的疲劳寿命为6.06×10⁵cyc,5%预拉伸变形可将铝板的疲劳寿命延长75%,达到了1.06×10⁶cyc,而3%和20%的预拉伸变形将铝板的疲劳寿命分别缩短至4.21×10⁵和2.89×10⁵cyc。5%～16%预拉伸变形使欠时效态7N01铝合金板材基...     

7020铝合金型材的疲劳行为及微观机制

采用光学显微镜、扫描电镜、扫描透射电镜和电子背散射衍射等分析方法研究了7020铝合金型材疲劳行为及微观机制。结果表明在应力比R为0、疲劳极限寿命取10~7周次时,合金疲劳强度为232.9 MPa。疲劳裂纹尖端应力强度因子ΔK=8 MPa·m~(1/2)时,裂纹扩展速率约为6.44×10~(-5 )mm/cycle。合金中尺寸在3～12μm的粗大难熔结晶相不仅易成为疲劳裂纹源,也会加速疲劳裂纹扩展。在未再结晶区域,疲劳裂纹主要以穿晶方式扩展。当裂纹扩展到易滑移平面取向差较大的再结晶小晶粒时,裂纹易沿其大角度晶界快速扩展。合金再结晶程度及其对应的大角度晶界占比越低时,疲劳裂纹扩展路径越曲折,扩展速率越慢。     

微观组织对TA15 ELI钛合金损伤容限性能的影响

研究了TA15 ELI钛合金43 mm厚板的等轴组织、双态组织和片层组织的室温拉伸性能、断裂韧性(KIC)以及疲劳裂纹扩展速率(da/dN)等损伤容限性能,通过金相显微镜观测了疲劳裂纹在各类组织中的扩展规律,讨论显微组织对该合金损伤容限性能的影响.结果表明该合金等轴组织和双态组织的室温力学性能和疲劳裂纹扩展阻抗差别不大;相对等轴组织和双态组织而言,该合金片层组织在损失强度较小的前提下(Rm=992 MPa),合金断裂韧性提高,达到111 MPa·m1/2,同时该合金的疲劳裂纹扩展速率也大幅降低,其Paris公式拟合参数为c=1.08×10-8,n=3.23,具有更好的损伤容限性能.     

2A12铝合金T6和T8时效态的疲劳性能

在MTS-8032疲劳试验机上对不同时效状态的2A12铝合金进行轴向拉伸应力疲劳试验,并采用扫描电镜(SEM)分析该合金T6和T8时效状态对疲劳断口形貌的影响。结果表明:T6态(495℃×1 h水淬,190℃×8 h时效)和T8态(495℃×1 h水淬,预拉伸4%后进行190℃×6 h时效)2A12合金棒材,轴向疲劳寿命都随着应力水平的提高而降低。在较高应力水平如420 MPa,T6态和T8态合金的轴向疲劳寿命相近,都在105左右。而在较低应力水平如280 MPa,T8态合金的疲劳断裂循环周次较高。预变形处理提高合金300 MPa应力水平以下的疲劳寿命。T6态合金在107次的疲劳强度约为220 MPa,而T8态合金在107次的疲劳强度约为280 MPa。4%的预拉伸变形处理可以提高合金的疲劳强度。     

热机械处理对Al-10.78Zn-2.78Mg-2.59Cu-0.22Zr-0.047Sr铝合金固溶时效态组织及力学性能的影响

以固溶-时效和热机械处理(TMT)(固溶-过时效-热压缩)-固溶-时效加工的超高强铝合金Al-10.78Zn-2.78Mg-2.59Cu-0.22Zr-0.047Sr为实验对象,分别采用电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、硬度测试和拉伸试验研究合金组织晶粒晶界特征分布、内部的位错密度和力学性能,并定量计算位错强化和晶界强化值。结果表明:热机械处理对合金晶粒细化影响不显著,平均晶粒尺寸从7.30μm减小至6.04μm,晶界角度从21.45?下降到21.04?,小角度晶界比例从0.588下降到0.546;TMT使峰时效硬度从2146 MPa(120℃/48 h)提高到2268 MPa(100℃/48h),但对强度影响较小,二者屈服强度均为600 MPa左右,拉伸断口均为沿晶和撕裂混合断裂。合金分别经固溶及TMT-固溶后,晶界位错密度均为零,TMT使位错强化与晶界强化的总强化从58.8 MPa下降到57.4 MPa。     

温度对7075铝合金热变形显微组织演化的影响

采用Gleeble-1500D热模拟机对7075铝合金进行温度范围300～400℃、恒应变速率为1/s的热压缩实验.对热变形后材料的显微组织进行透射电镜观察,研究温度对7075合金热变形过程中的显微组织演化的影响.结果表明:在本实验条件下7075合金的流变应力曲线为动态回复型流变曲线;7075合金的显微组织演变经历由无规则排布的位错演化成胞状组织、亚晶组织、亚晶长大等过程;温度升高,显微组织的演化过程缩短,变形材料的亚晶尺寸增大.     

热机械处理对7075铝合金组织及抗应力腐蚀性能的影响

通过力学性能、电导率、慢应变速率拉伸试验、透射电镜及扫描电镜分析,研究了新型热机械处理对7075铝合金力学性能、抗应力腐蚀性能及显微组织的影响。结果表明:T6态合金晶内析出相细小但有粗大相存在,晶界析出相连续,具有较高的强度但塑性欠佳,抗应力腐蚀性最差;回归再时效(RRA)状态下,晶内析出相相对细小弥散,晶界析出相尺寸、间距大,具有较高的强度和抗应力腐蚀性能,塑性相对T6态有所改善;回归冷轧再时效(RRCA)态合金形变处理后产生大量位错,位错析出相及位错强化相互作用,使合金强度增大但塑性降低,晶界析出相仍为断续态,抗应力腐蚀性较好;回归热轧再时效(RRWA)工艺具有良好的综合力学性能,且抗应力腐蚀性能良好,I_(SSRT)=0.22。     

选区激光熔化制备Ti-6Al-4V合金的热处理工艺及力学性能

采用选区激光熔化技术(SLM)制备Ti-6Al-4V合金圆棒试样,通过不同的热处理工艺改善材料的拉伸性能,并对SLM制备的Ti-6Al-4V合金试样开展了高周疲劳性能测试。通过微观组织和疲劳试样断口分析,揭示了显微组织结构与拉伸性能的关系,以及Ti-6Al-4V合金的疲劳裂纹起始源和裂纹扩展机理。结果表明,热处理工艺对SLM成型Ti-6Al-4V合金的力学性能有显著的影响,920 ℃×1 h水冷,随后800 ℃×2 h炉冷的固溶时效热处理制度可以获得较好的综合室温拉伸性能。其室温组织为晶界上分布的α相和晶粒内部片层状分布的α+β相。SLM成型Ti-6Al-4V合金显微组织中的晶界形成与扫描路径相关,热处理过程中α相会优先在扫描分区搭接处析出。与手册锻件的疲劳寿命曲线比较,在同样的最大应力水平下,增材试样的疲劳寿命比锻件的疲劳寿命低,这种降低的趋势随着应力水平的降低而逐步增大。在400 MPa的应力水平下(R=-1),锻件的疲劳寿命已经在2×10⁷水平,增材试样的疲劳寿命依然较低,约为锻件的1%。SLM成型Ti-6Al-4V合金的应力疲劳寿命偏低,是由于试样中存在未熔合缺陷造成。扫描分区搭接处易产生未熔合缺陷,而疲劳裂纹也会沿着这些缺陷扩展。     

电子束选区熔化Ti-6Al-4V合金的显微组织与疲劳性能

采用电子束选区熔化成型技术制备了Ti-6Al-4V合金试样,研究了成型态与热等静压态合金试样的显微组织、拉伸及高周疲劳性能。结果表明,成型态的组织为沿沉积方向生长的柱状晶;柱状晶内部以魏氏组织为主,也有α/β片层组织存在。成型态材料的抗拉强度并未受到少量气孔及未熔合缺陷的影响,其强度和延伸率达到了ASTM标准。热等静压消除了材料内部缺陷,但显微组织发生粗化,材料抗拉强度下降约5%,但延伸率提高了约35%。热等静压后Ti-6Al-4V合金的高周疲劳性能得到显著改善,在1×10~7寿命,R=0.1的测试条件下,疲劳极限达到600 MPa。根据断口信息分析了典型试样的裂纹萌生与扩展行为,大多数试样的裂纹源位于表面,材料拉伸性能分散性较大是疲劳寿命不稳定的主要原因之一。     

含Zr Al-Cu-Mg合金的微观组织与疲劳行为

采用常规力学性能和疲劳性能测试、扫描电镜以及透射电镜观察等研究T3和T4热处理制度对含Zr Al-Cu-Mg合金组织和疲劳性能的影响.结果表明:该合金在T3状态下具有更好的综合性能.预变形引入高密度位错导致合金屈服强度显著提高,而伸长率降低不多.当应力比为0.5时,T3状态合金的S-N曲线位于T4状态之上,经106循环周次后,T3状态合金的疲劳强度比T4状态的高10 MPa.在应力强度因子幅度-K相等的条件下,T3状态合金的疲劳裂纹扩展速率比T4状态的略慢.     

热处理对Al-10Si-3Cu-0.3Mg-0.2Er合金低温力学性能的影响

研究了热处理对Al-10Si-3Cu-0.3Mg-0.2Er合金的显微组织和低温力学性能的影响。结果表明,经过525℃×6 h固溶+180℃×6 h时效的T6热处理后,在低温（-60℃）下拉伸时,合金中位错滑移所受内部阻力增大而阻碍其进一步滑动,使合金的强度升高而伸长率略微降低。T6热处理显著改善了合金中第二相的形貌及分布,较粗大第二相固溶入基体,时效阶段弥散析出,使合金力学性能提高。