2A97铝锂合金双级时效研究

通过TEM分析和常规力学性能测试,研究双级时效工艺对2A97铝锂合金组织和性能的影响,以优化合金强度和塑性匹配。结果表明:随预时效温度升高,双级时效基体由形成θ′/θ″相和δ′相为主的组织转变为形成T1相、θ″/θ′和δ′相为主的组织。135℃预时效、双级时效基体形成大量细小的θ′/θ″相和δ′相,T1数量少。晶界和亚晶界T1数量多,尺寸小,晶界和亚晶界θ′/θ″无析出带宽度窄。155℃预时效、双级时效可在基体形成以T1相为主的组织,且数量多,尺寸大,均匀分布,T1相、θ″/θ′和δ′相的联合强化作用使合金具有高的强度。     

钪对铝锂合金时效硬化行为的影响

通过对190℃时效不同时间的含钪和不含钪Al—Li合金维氏硬度测量和合金中强化相析出行为的透射电镜观察,研究了钪对铝锂合金时效硬化行为的影响。结果表明,钪可以加快铝锂合金的时效硬化速度,使合金达到峰值时效的时间明显缩短;钪明显抑制了铝锂合金中δ’(Al3Li)相的长大速度,促进了S’(Al2CuMg)的析出,还可形成Al3Sc、Al,Li／Al3Sc和Al3Li／Al3(Sc,Zr)等新的析出相,这些都对铝锂合金的时效硬化行为产生影响。     

时效制度对2A97铝锂合金组织和力学性能的影响

采用硬度测试、拉伸性能测试、DSC分析和透射电镜(TEM)等方法研究不同时效制度对2A97铝锂合金组织和性能的影响。结果表明:采用165℃人工时效时,峰值强度最高,但其塑性也最差,且达到峰值的时间长达60 h;200℃人工时效时,达到峰值的时间缩短为6 h,而其峰值强度和塑性均很差;(200℃,6 h)十(165℃,6 h)双级时效优化后,可获得比200℃峰时效更高的强度,其抗拉强度为545 MPa,只比165℃峰时效强度低11 MPa,伸长率却提高至7.1%,且时效时间比165℃峰时效时缩短了48 h。2A97铝锂合金峰时效状态下的析出相有T_1(A1_2CuLi)相、θ′相和一定量的σ(Al_5Cu_6Mg_2)相。根据不同升温速率下的DSC曲线,采用Kissinger法求得T_1相的析出激活能为75.9 kJ/mol。综合分析可知,采用(200℃,6 h)+(165℃,6 h)双级时效可以得到比单级时效更加优异的综合性能。     

时效制度对2A97铝锂合金强韧性的影响

通过拉伸试验及平面应变断裂韧性测试,研究不同时效制度对2A97合金强韧性的影响,并利用透射电镜和扫描电镜对合金的微观组织及断口形貌进行观察。结果表明:2A97合金在135℃单级时效时断裂韧性较好,但强度偏低;双级时效可促进强度的提高,但第二级时效温度过高时(175℃),断裂韧性迅速下降,经过(135℃,36 h)+(150℃,18 h)时效,可得到较好的强韧性匹配,其σb、σ0.2和KIC分别为547 MPa、489 MPa和28.9 MPa.m1/2。2A97合金中的主要强化相为δ′相和T1相。δ′相易共面滑移而引起应力集中,对合金韧性不利;T1相能有效地阻止位错滑移,对合金强度有显著提高。2A97合金在时效初期以穿晶和沿晶混合型断裂为主,断口表现出明显的分层特征,具有较好的韧性;随时效时间的延长,析出相的体积分数、尺寸以及临界分切应力增大,所造成的应力集中更明显,同时晶界平衡相增多,晶界无沉淀带加宽,沿晶断裂比例增多,合金韧性急剧下降。     

新型高强2A97铝锂合金组织和性能研究

通过室温拉伸、布氏硬度试验和TEM、XRD等手段,研究了新型高强Al-Li-Cu-X合金2A97在淬火变形4%后135℃时效组织和性能的演变。结果表明：2A97合金经淬火变形后在135℃时效,随时效时间增加,抗拉强度和屈服强度先升高后降低,塑性逐渐下降,峰值时效135℃,48h的抗拉强度为577MPa,屈服强度为519MPa,伸长率为6.7%,布氏硬度值先快速升高后缓慢增加。淬火变形后时效的显微组织主要为T1（Al2CuLi）、θ′/θ″（Al2Cu）、δ′（Al3Li）和δ′/β′（Al3Zr）共生相,随时效时间增加,T1相数量和尺寸增加,δ′相数量增加,直径减小。     

时效制度对2A97铝-锂合金组织和性能的影响

通过拉伸测试和透射电镜分析,研究时效温度和时间对2A97铝锂合金组织和性能的影响。结果表明:经淬火后分别在135℃和155℃时效,随着时效温度升高,2A97合金强度升高,达到峰值强度的时间提前,延伸率降低;随着时效时间延长,合金屈服强度升高,抗拉强度则先升高而后降低,出现峰值强度,延伸率下降;当合金在155℃时效36 h,获得最佳强度和塑性匹配,抗拉强度为500 MPa,屈服强度为413 MPa,延伸率为7%;随着时效温度升高,合金组织中T1(Al2CuLi)相数量增加;135℃的过时效合金显微组织主要为θ′/θ″(Al2Cu)相和δ′(Al3Li)相,155℃的时效合金显微组织主要为T1相、θ′/θ″相和δ′相。     

铝锂合金晶间腐蚀敏感性与时效阶段的相关性

研究了不含Zn及0.72%Zn微合金化的Al-3.7Cu-1.15Li-0.5Mg合金T6态时效(150及175℃)不同时间后的晶间腐蚀行为,建立了其腐蚀-时效进程状态图。结果表明,Zn微合金化铝锂合金晶间腐蚀敏感性略低于不含Zn微合金化的铝锂合金。随时效进程的发展,铝锂合金腐蚀类型变化规律为:孔蚀或局部晶间腐蚀(时效早期),全面晶间腐蚀(欠时效阶段),局部晶间腐蚀(近峰时效阶段),孔蚀(过时效阶段)。晶间腐蚀深度随时效时间延长呈先增加而后降低的规律。时效时间延长,一方面晶界析出相逐渐粗化并且呈不连续分布,另一方面晶内T1相及θ相析出,晶内电位降低,晶界及晶内电位差减小,从而导致上述腐蚀类型的变化。     

2198铝锂合金对时效温度敏感性及其析出行为

通过拉伸测试和透射电镜分析,研究了不同时效温度下2198铝锂合金组织和性能的变化。结果发现:在峰时效之前的小温度区间内,2198铝锂合金对时效温度非常敏感,经淬火变形后在150~170℃下时效14 h,随温度的升高,强化效果显著增加,延伸率降低;观察到的2198合金的析出相相主要是δ′、θ′、β′/δ′、T1、σ相。不同时效温度下得到的析出相的种类和形貌不同,160℃以下时效,析出相以δ′、θ′、β′/δ′为主,160℃以上,以T1、σ相的为主,多种相复合强化。时效过程中析出相的种类和含量的变化是该合金力学性能对时效温度敏感的本质原因。     

时效制度对2A97铝锂合金晶粒细化和超塑性的影响

采用金相、SEM和高温拉伸等手段,研究了不同时效制度对2A97铝锂合金晶粒细化和超塑性的影响。结果表明：合金在300～400 ℃时效可获得尺寸大于0.8 μm的第二相粒子,其中400 ℃×48 h过时效处理获得的第二相分布更均匀、体积分数更大,经过相同工艺轧制和再结晶退火后,获得的晶粒最为细小。在温度范围460~490 ℃,应变速率为1×10^-3~2.5×10^-3 s^-1的条件下进行高温超塑性拉伸,在490 ℃、2×10^-3 s^-1变形条件下获得伸长率最大,达到850%。     

时效制度对2A97铝锂合金疲劳裂纹扩展速率的影响

针对不同时效制度下2A97铝锂合金的疲劳裂纹扩展速率进行了研究;并通过光学显微镜、透射电镜和扫描电镜对合金的微观组织和疲劳断口进行了观察分析。结果表明:2A97合金薄板(T3+135℃/12 h)时效态的裂纹扩展速率最低,其次为T3,(T3+135℃/60 h)时效态的扩展速率略低于(T3+135℃/120 h)时效态,T6态的裂纹扩展速率最高。时效制度在较低的ΔK水平下对合金的裂纹扩展速率影响较大,而在较高ΔK水平下影响较小。δ′相及细小的T1相可以促进共面滑移,增加滑移可逆性,降低裂尖应力集中程度及塑性累积水平,同时使裂纹发生偏折,促进裂纹闭合效应,提高裂纹扩展抗力;粗大、密集的T1相及半共格的θ′相抑制共面滑移,易于造成应力集中,降低裂纹扩展抗力;晶界处的无沉淀析出带(PFZ)及平衡相急剧降低晶界强度,极易造成沿晶开裂,使合金裂纹扩展速率迅速提高。     

Mg97Zn1Y2合金的摩擦磨损性能研究

研究了铸态Mg97Zn1Y2合金的室温、高温力学性能和干摩擦条件下摩擦磨损行为,并与AZ91合金进行了对比.结果表明:室温下AZ91合金的屈服强度要高于Mg97Zn1Y2合金,但高温下Mg97Zn1Y2合金较AZ91合金表现出更好的热强性,当温度超过150 ℃时,AZ91合金的屈服强度急剧下降,Mg97Zn1Y2合金则下降较少.Mg97Zn1Y2合金由轻微磨损向严重磨损的转变点明显滞后于AZ91合金,相同载荷范围内Mg97Zn1Y2合金磨损表面的温升要低于AZ91合金,其原因是Mg97Zn1Y2合金中的金属间化合物Mg12YZn较AZ91合金中的Mg17Al12相具有更佳的热稳定性.     

响应面法优化2A97铝锂合金化铣工艺的研究

目的研究响应面法在优化2A97铝锂合金最佳化铣液配方中的可行性。方法在传统铝合金化铣氢氧化钠、硫化钠、三乙醇胺及溶解铝溶液体系,探索2A97铝锂合金化学铣切工艺,研究化铣液配方对2A97铝锂合金表面质量的影响,从而优化工艺参数并获得最佳化铣工艺。在单因素试验的基础上,以表面粗糙度为响应值,应用响应面法中的Box-Behnken设计四因素(氢氧化钠、硫化钠、三乙醇胺及溶解铝浓度)三水平试验,通过回归分析,得到了化铣液各组分参数对响应值的影响规律,并且通过优化分析得到了最佳2A97铝锂合金化铣液配方。结果通过响应面设计试验分析可得,当2A97铝锂合金化铣液配方为氢氧化钠130 g/L、硫化钠15 g/L、三乙醇胺50 g/L、溶解铝70 g/L时,采用该化铣液对2A97铝锂合金试样进行化铣,得到的试样表面平整一致,腐蚀速度为0.031 mm/min,粗糙度Ra=1.36μm,无晶间腐蚀及点蚀等缺陷。结论拟合模型决定系数R~2=0.967 927,说明模型的拟合性良好,可以采用响应面法对2A97铝锂合金化铣工艺进行分析,具有一定的参考价值。     

高强2A97铝锂合金板材的微观织构

利用拉伸试验机和EBSD技术分析研究了2A97铝锂合金力学性能的各向异性与不同热处理状态的微观织构变化。结果表明,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率随取样方向呈现一定的各向异性。合金微观织构的变化引起了其各向异性。在TDND截面上,时效0 h和16 h的立方织构{001}100含量比时效0.5 h多,降低合金的各向异性。随着时效时间的增加,合金各个截面上的再结晶织构含量都有所增加。时效16 h时,试样再结晶织构与变形织构的百分含量相差最小,且在各个截面上分布比较均匀,其强度各向异性指标最小,改善了各向异性。     

Li含量对亚快速凝固2A97铝锂合金的性能及组织演变规律的影响

通过亚快速凝固技术铸造2A97Al-Li合金,借助密度和拉伸测试对合金性能进行分析。同时,利用差热分析(DSC),光学电镜(OM),扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)对合金显微组织演变进行研究。结果表明：通过亚快速凝固技术和合理的热处理工艺可以有效减少2A97 Al-Li合金中存在的粗大第二相,这对于超低密度Al-Li合金的实现具有十分重要的意义。随着合金中Li含量的增加,Cu原子更倾向于捕获Li原子而形成Al2CuLi相;同时,Al2Cu相相对减少,并出现花瓣状共晶相Al2CuMg;另外,亚快速凝固Al-Li合金的铸态显微组织由树枝晶向胞状晶转变,并促进晶粒细化。然而,随着Li含量由1.5 wt. %升到3.5wt. %过程中,热处理的效果逐渐降低,导致粗大共晶相残留于合金的三角叉晶界处,合金力学性能降低。     

2A97铝锂合金激光焊接特性

对厚度为2.0 mm的2A97铝锂合金进行了无填丝的激光焊接试验.通过拉伸试验、显微硬度计、光学显微镜以及扫描电镜研究了不同焊接热输入(激光功率、焊接速度)下焊接接头组织和性能.结果表明,随焊接热输入的增加,焊接接头系数增大,该厚度下2A97薄板最佳的焊接热输入为0.9~0.95 kJ/cm,此时接头系数可达到0.8左右.焊缝中的柱状晶分布区是强度最低区域,随焊接热输入的降低,焊缝区域中粗大的柱状晶所占比例增大,同时有伴随大量气孔出现,导致接头系数降低.     

固溶温度对2A97合金组织与性能的影响

研究了固溶温度对一种新型Al-Cu-Li系合金(2A97铝合金)组织性能的影响。在460～540℃,合金经不同温度固溶处理,水淬后进行相同的时效(165℃×48h)处理。分析了在不同温度固溶处理的淬火态和时效态合金的显微组织、时效态合金的断口形貌。结果表明:在520℃固溶处理能够使合金充分固溶,时效后有较细小均匀分布的析出相和较多的析出量,时效强化效果最好。     

Mg-8.5Li-3Al-xCe系合金的时效行为研究

采用真空感应熔炼技术制备Mg-8.5Li-3Al-xCe(x=0,1,3)合金。研究Mg-8.5Li-3Al-xCe系合金的时效行为。结果表明,Ce对时效硬化程度具有显著的影响,随Ce含量的增加合金在各时期的硬度都增大,最高时效峰硬度也随之提高,过时效软化的程度随之降低。Ce抑制时效硬化相MgLi2Al和时效软化相AlLi相的生成是Mg-8.5Li-3Al-xCe系合金时效硬化及过时效软化程度降低的主要原因,Ce是抑制Mg-Li-Al合金发生时效软化的有益元素。     

2A97铝锂合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为(英文)

研究2A97铝锂合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为。在室温条件下,采用光滑试样进行疲劳测试,其中最大应力为恒定值,应力比R为0.1,频率f为40 Hz。利用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜及电子背散射衍射等手段对合金的微观组织进行分析,研究合金的疲劳裂纹萌生及早期扩展行为与其微观组织的关系。结果表明:2A97合金的疲劳裂纹主要萌生于试样表面的杂质相和粗大第二相处;其疲劳裂纹的早期扩展行为主要受晶粒结构与位错或滑移带共同作用的影响。当相邻晶粒的错配度接近于其晶内的最优滑移面的位向差时,大角度晶界强烈阻碍滑移带的运动,从而导致裂纹分叉和偏折。