Sc元素添加对双辊铸轧Al−Cu−Li−Mg−Zr基合金热处理的影响

提出制备含Sc的Al−Cu−Li−Mg−Zr基合金带材的工艺方案。即先采用双辊铸轧技术制备近净形状的3 mm厚带材,再对其进行均匀化/固溶处理。研究两种Al−Cu−Li−Mg−Zr基双辊铸轧合金,其中一种添加质量分数为0.17%的Sc,另一种未添加Sc。两种合金均先在300℃下退火30 min,然后在450℃下退火30 min以及530℃下退火30 min,随后进行室温水淬。前两段退火后组织中生成了细小、弥散的Al_(3)Zr/Al_(3)(Sc,Zr)颗粒。最后的退火步骤起到了均匀化/固溶处理的作用。双辊铸轧材料的细小晶粒结构使含有主要合金元素的原始颗粒在较短的退火时间内溶解。缩短保温时间可以限制表面层中Li的耗尽和Al_(3)Zr/Al_(3)(Sc,Zr)弥散相的明显粗化。铸态含Sc材料已经具有明显细小的晶粒结构,而经均匀化/固溶处理后生成的Al_(3)(Sc,Zr)弥散相抑制了晶粒在高温下发生粗化。在后续180℃下时效处理后,形成了θʹ(Al_(2)Cu)、T1(Al_(2)CuLi)和S'(Al_(2)CuMg)强化相。在峰值时效状态下,屈服强度提高了200 MPa,这一数值与类似直接冷却铸造材料的相当,从而证实了所提方案的合理性。

Cu含量对Al-Cu-Li合金淬火敏感性的影响

采用薄板叠层末端淬火的方法,通过强度测试、连续冷却转变(CCT)和时间-温度-转化率(TTT)曲线计算及X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等微观组织表征方法,研究了Cu含量(3.15%、3.63%和3.88%)对Al-Cu-Li合金淬火敏感性的影响,结合理论分析,从析出驱动力和形核位点的角度分析了Cu含量影响淬火敏感性的机理。结果表明:随着Cu含量的增加,晶格畸变能增加,Li的溶解度降低,淬火态合金中位错和残留第二相增多,含Li相的析出驱动力和非均匀形核位点增加,淬火沉淀相增多;随着临界冷却速率的增大,鼻尖温度孕育期缩短,强度残存率减小,Al-Cu-Li合金淬火敏感性提高。T8态合金强度受Cu含量和淬火速率共同作用,淬火速率较高时,主要受Cu含量的影响;淬火速率较低时,Cu含量的影响减小。

热暴露对Al-Cu-Li合金的组织及性能影响

Al-Cu-Li合金作为航空航天工业中一种前景广阔的结构材料,其热稳定性在实际应用中发挥着重要作用。本研究对T85态的Al-Cu-Li合金在一系列温度(100~300℃)下进行了500 h的暴露处理,并通过维氏硬度、电导率和拉伸测试对其性能进行了评估。结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了不同热暴露温度下的微观结构演变。结果表明,热暴温度低于150℃时,合金具有良好的热稳定性,这与T1(Al_(2)CuLi)相的直径和数密度不断增加相关。当热暴露温度介于150~200℃时,T1相逐渐被粗大的θ’-Al_(2)Cu和S-Al_(2)CuMg取代;同时,断续的晶界析出物(GBPs)和宽的无析出区(PFZs)利于沿晶断裂,使合金呈现出沿晶-穿晶混合断裂,导致硬度和强度的降低和延伸率的增加。热暴露温度高于250℃时,T1相全部溶解,形成了粗大的T2(Al_(6)Cu(Li, Mg)_(3))和C相,从而导致合金的强度下降,但延伸率和电导率却表现出相反的趋势。

Al−Cu−Li−Mg合金纳米相之间溶质配分行为的第一性原理研究

采用一性原理计算考察25种合金化元素在大多数商业牌号Al−Cu−Li−Mg合金中主要纳米相(δʹ-Al3Li、θʹ-Al2Cu、T1-Al6Cu4Li3和S-Al2CuMg)之间的溶质配分能和配分行为。计算结果表明,主合金化元素Li不能直接影响θʹ和S相,Cu不能直接影响δʹ相,Mg不能直接影响θʹ和δʹ相,但可以较弱地固溶于T1相。对于微合金化元素,Si是唯一一种可以固溶于4种纳米相的元素。Au能固溶于δʹ、θʹ和S相,Cd能固溶于δʹ、T1和S相,Zr能固溶于δʹ和T1相,Ni仅有微弱的趋势固溶于θʹ和S相。Ti、V、Zn、Ag和Mo只能固溶于δʹ相,而Cr、Mn、Fe和Co对这4种纳米相均没有直接影响。几乎所有的稀土元素均能强烈固溶于T1、δʹ和S相,但无法固溶于θʹ相。仅Sc略显特殊,对S相没有明显的固溶趋势。计算预测的溶质配分能构成了一个原型数据库,有利于指导和加速Al−Li合金及其他相关Al合金的设计。

快速凝固Al-4Cu-xLi-X合金的显微组织和力学性能

采用快速凝固/粉末冶金技术制备Al-4Cu-xLi-X(x=1,2和3)合金,研究合金制备过程中显微组织的演变规律及其对力学性能的影响。结果表明,Li含量对合金粉末的尺寸分布、表面形貌、显微组织和物相组成没有明显影响。热等静压后得到致密的块体合金,随着Li含量升高,组织中第二相的数量不断增加并逐渐形成网状结构;合金抗拉强度随之提高,但是延伸率显著下降。经过热挤压,合金中原始粉末边界充分破碎,第二相沿挤压方向分布,合金强度和延伸率同时提高。

Sc元素对Al-Cu-Li合金微观组织、力学性能及疲劳裂纹扩展行为的影响

【目的】对含Sc元素的Al-Cu-Li合金的微观组织、力学性能及疲劳裂纹扩展进行分析,总结Sc元素添加对晶粒组织、析出行为、力学行为及疲劳裂纹扩展的影响因素,为设计高综合性能的Al-Cu-Li合金提供参考。【方法】采用硬度、室温拉伸和疲劳裂纹扩展试验,结合SEM/EDS、EBSD和TEM表征,分析Sc元素对Al-Cu-Li合金的影响。【结果】无Sc合金的晶粒尺寸比含Sc合金的大。无Sc合金的硬度为182±2 HV3,明显高于含Sc合金的171±2 HV3。室温拉伸性能也表明,无Sc合金的强度明显高于含Sc合金,但含Sc合金的断后伸长率更高。循环加载次数相同时,含Sc合金的裂纹长度明显低于不含Sc的合金,无Sc合金的FCP速率高于含Sc合金。【结论】含Sc合金中形成Al3(Sc,Zr)相,提高高温下的稳定性,增加对晶界的钉扎作用,抑制晶粒的长大。AlCuFeMn和AlCuSc(W)相均消耗Cu元素,减少时效过程中T1相的析出,降低合金强度。与不含Sc合金相比,裂纹迂回绕过含Sc合金形成的W相,导致裂纹在传播路径上发生偏转,含Sc合金的位错密度更高,在高应力强度因子下,能够更好地阻挡裂纹扩展。

Al-Cu-Li合金热变形特性与位错密度模型构建

通过等温压缩试验,研究热轧态Al-Cu-Li合金在温度为390~480℃、应变速率为0.01~1s^(-1)下的流变行为。基于热压缩流动应力数据构建了峰值应力Arrhenius本构模型,其平均相对误差绝对值(AARE)为4.612%。基于该模型数据,采用K-M模型以及Taylor关系式建立了耦合温度、应变速率、峰值应力、峰值应变的位错密度模型。该模型AARE值为5.926%,具有较高精度,为准确描述Al-Cu-Li合金在热变形过程中的位错密度演变提供参考。

Corrosion behavior of 2A97 Al-Cu-Li alloys in different thermomechanical conditions by quasi-in-situ analysis

As a promising material in the aircraft industry,2A97 Al-Cu-Li alloy exhibits high corrosion susceptibility that may limit its application.In the present work,to illustrate the influences of precipitate and grain-stored energy on localized corrosion evolution in 2A97 Al-Cu-Li alloy,cold working and artificial aging were carried out to produce 2A97 Al-Cu-Li alloys under different thermomechanical conditions.Quasi-in-situ analysis,traditional immersion test and electrochemical measurement were then conducted to examine the corrosion behavior of 2A97 alloys.It is revealed that precipitate significantly affects Cu enrichment at corrosion fronts,which determines corrosion susceptibility of alloys,whereas grain-stored energy distribution is closely associated with localized corrosion propagation.It is also indicated that quasi-in-situ analysis exhibits a consistent corrosion evolution with traditional immersion tests,which is regarded as a proper method to explore localized corrosion mechanisms by providing local microstructural information with enhanced time and spatial resolutions.

Al-Cu-Li合金电子束填丝焊接头显微组织与力学性能

采用ER4043焊丝作为填充材料,对厚度为2 mm的Al-Cu-Li合金进行电子束填丝焊,分析测试接头的显微组织与力学性能。在电子束焊过程中,Al-Si焊丝的添加可明显改善焊缝成形和接头质量。微观分析显示,接头焊缝区沿熔合线分布细小的等轴晶,熔合区主要由α(Al)基体相及T_(1)(Al_(2)CuLi),θ′(Al_(2)Cu),T(AlLiSi),β′(Al_(3)Zr),δ′(Al_(3)Li)等强化相组成。焊接时添加电子束扫描可细化焊缝晶粒,有利于提高接头的力学性能。力学性能测试表明,与母材相比,接头熔合区的显微硬度有所降低;焊接时添加方形波电子束扫描,获得接头的抗拉强度为374.7 MPa,达到母材抗拉强度的74.7%。接头拉伸断口表面分布有许多尺寸较大的等轴韧窝,呈韧-脆混合型断裂特征。

Al-Zn-Mg-Cu-Li合金均匀化与固溶热处理工艺优化

本文研究了Al-7-4Zn-1-5Mg-1-7Cu-1-1Li(wt-%)合金在不同均匀化和固溶处理条件下的显微组织和力学性能。结果表明,该铝合金的铸态组织主要由α-Al基体、Li_(3)CuAl_(5)相和Mg_(32)(Al,Zn)_(49)相构成。为充分溶解第二相,提高过饱和固溶度,需要改善该含Li合金的热处理工艺。优化后的热处理工艺为510℃/24 h均匀化处理加510℃/1 h固溶处理。对比发现,使用优化后的热处理工艺可明显减少该合金中第二相颗粒的含量,且不发生过烧。相比传统均匀化和固溶热处理制度(460℃/24 h+475℃/1 h),采用新的均匀化和固溶工艺后,合金120℃时效峰值硬度提升了34-3 HV,提升幅度约22%。

预处理对喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子析出及再结晶行为的影响

本文为探究如何调控喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子的析出以及其析出机制,通过扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射研究了预处理对喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子的析出行为及其对再结晶的影响。研究结果表明,喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子存在分布不均匀,其粒子数量密度在Zr原子过饱和度高的晶内更高,在过饱和度低的晶界附近更低;晶界附近和晶内均存在局部无沉淀析出带,且晶界附近存在少量粒子线性团簇。在均匀化过程中Zr原子与位错攀移之间发生交互作用使得Al3Zr粒子析出。在均匀化前热变形预处理增加了基体中位错数量进而促进了Al_(3)Zr粒子析出,改善了粒子分布,抑制了局部无沉淀析出带。相比于(573 K/12 h)退火预处理和673 K下压缩10%预处理,673 K下压缩30%预处理试样中Al3Zr粒子密度更高,分布更均匀,尺寸更小。经过热压缩和固溶处理后,3种热压缩试样大角度晶界占比分别为30.3%、21.6%和17.3%。本研究将为喷射沉积Al-Cu-Li合金的研发提供依据。

微量Ag,Mg对Al-Cu-Li合金时效特性和显微组织的影响

研究了微量Ag,Mg对Al-Cu-Li合金显微组织和时效特性的影响。结果表明:单独加Ag对Al-Cu-Li系2197合金的固溶强化效果很小,但有较强的时效强化作用,Ag含量不同,时效强化效果也不同;Ag,Mg共同加入提高了T1相(Al2CuLi)的析出速率和析出密度,使合金具有较大的固溶强化效果及最强烈的时效响应和时效强化效果。Ag,Mg的添加对合金的不同影响可通过溶质原子与空位、溶质原子与溶质原子之间的相互作用来解释。

高强Al-Cu-Li-X铝锂合金形变热处理

采用拉伸试验、透射电镜和扫描电镜等手段,研究了淬火后形变时效对新型高强Al-Cu-Li-X铝锂合金2A97组织和性能的影响。结果表明淬火后立即预变形引入的位错和随后双级时效过程形成的位错环增加基体T1相和θ′相数量,并使T1相细化,分布更均匀。双级时效合金θ′相、δ′相和T1相组成的混合组织强度低于单级时效以T1相为主强化的组织,但塑性高于单级时效。淬火变形后双级时效100℃,8h+145℃,12h处理合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为553.5MPa,494.5MPa和10.4%,形变时效处理在一定程度上改善了合金的强塑性匹配。

Al-Li-Cu-Zr合金中T_1相结构、形核和长大机制研究

T_1(Al_2CuLi)相是Al-Li-Cu-Zr合金中的重要强化相。通过TEM在对T1相结构和形貌分析的基础上,构造了T1相的结构。T1相晶核以ABCBA的堆垛顺序,共由36个原子组成,其晶格常数a=0.495nm,c=0.933nm。与基体的位相关系为:狖0001狚T1∥狖111狚α,<1010>T1∥<110>α。合金中铜原子的偏聚降低了基体的层错能,从而为T1相依赖扩散层错形核提供了有利条件。T1相长大依赖于原子扩散和台阶滑移,是一种长程扩散控制的台阶机制。

时效制度对新型Al-Cu-Li合金组织与性能的影响

通过力学性能测试和显微组织观察研究一种新型Al-Cu-Li合金在不同时效制度下组织和性能之间的关系。结果表明:该合金具有强度高、各向异性小、热稳定性好等特点;该合金在T6和T8状态下强化相均为T1相和θ′相,其中T1相起主要作用;时效前的预变形促进T1相析出,显著提高合金强度,变形量控制在5%左右时,合金具有最好的强塑性匹配,抗拉强度达623.6 MPa,伸长率为10.2%;固溶淬火后进行先低温后高温的双级时效制度并未提高合金强度,但稍微提高了合金塑性;合金在T6、T8状态下强度各向异性均保持在5%以下;该合金在不高于150℃热暴露时,表现出良好的热稳定性,但高于150℃热暴露时,T1相粗化,热稳定性降低。

预变形对高强Al-Cu-Li-X铝锂合金组织和性能影响

采用拉伸试验、扫描电镜和透射电镜等测试手段，研究了固溶淬火后预变形程度对新型高强Al-Cu-Li-X铝锂合金2A97组织和性能的影响。结果表明：随预变形量增加，135℃时效48h合金强度明显提高，塑性缓慢下降，变形量为4．7％合金的抗拉强度为584MPa，延伸率为12．6％，淬火后的预变形量控制在4％-6％得到比较理想的强塑性匹配。预变形促进基体乃相析出，并使其显著细化和均匀分布。

微量Sc对Al-Cu-Li-Zr合金的微观组织和拉伸性能的影响

研究了微量Sc对Al-Cu-Li-Zr合金微观组织和拉伸性能的影响。结果表明:添加0.1%Sc(质量分数,下同)能消除铸态合金的枝晶组织,细化合金的晶粒。合金铸锭在随后的均匀化和热加工加热过程中,析出细小、弥散的次生Al3Sc质点,这种质点强烈地钉扎合金中的位错和亚晶界,从而有效地抑制合金的再结晶,具有亚结构强化和直接析出强化作用。加入微量Sc后,Al-Cu-Li-Zr合金的强度大大提高,并且合金的塑性也得到明显改善。

高强Al-Cu-Li-X铝锂合金2A97三级时效工艺及性能研究

以新型高强A l-Cu-L i-X铝锂合金2A97为研究对象,通过拉伸试验研究两种三级时效工艺及其改型工艺对合金性能的影响。结果表明,含有δ′相二次析出过程的三级时效和含有δ′相回溶过程的三级时效处理合金的强度和塑性达到T6峰值时效水平,三级时效改型工艺由于增加变形使前者合金的强度升高,塑性降低,使后者的强度显著提高。三级时效和单级时效合金的主要显微组织有δ′相、θ″/θ′相和T1相。三级时效改型工艺由于增加变形促进δ′相析出和δ′相回溶,同时变形促进T1相析出,从而改变了主要强化相δ′相和T1相的数量。

基于Al-Cu-Li合金流变行为的动态再结晶动力学与形核机制

对Al-Cu-Li合金进行温度300~500℃、应变速率0.001~10s^(-1)的等温热压缩,分析合金的流变行为:结合TEM和EBSD研究合金热变形过程中的组织演变。结果表明:合金流变曲线分为3个阶段:加工硬化阶段、过渡阶段和稳态变形阶段;变形温度越高,流变应力达到动态平衡所需应变量越小。基于应变硬化率(θ)与流变应力(σ)之间的关系,确定动态再结晶的临界应变(ε_c);不同热变形条件下的临界应变(ε_c)与峰值应变(ε_p)之比为0.30342~0.92828;临界应力(σ_c)与峰值应变(σ_p)之比为0.88492~0.99782。引入最大软化率应变(ε~*)和中间变量Z/A,建立ε_c和ε~*与Z/A的关系表达式。构建Al-Cu-Li合金动态再结晶动力学模型,模型表明,温度越高或应变速率越低,越有利于促进动态再结晶分数的增加;显微组织分析结果与模型预测规律一致。Al-Cu-Li合金动态再结晶形核机制主要为晶界突出形核机制、亚晶合并长大机制以及粒子促进形核机制,随温度升高和应变速率的降低,晶内亚晶合并长大机制得到加强。

一种新型Al-Cu-Li系合金的热压缩流变应力

采用Gleeble-1500热模拟机高温等温压缩试验，研究了一种新型Al-Cu-Li系合金在应变速率为0．01～10S、变形温度为3130～500℃条件下的流变应力特征,结果表明：流变应力随变形温度的升高而降低，随变形速率的提高而增大；采用Z参数的双曲正弦函数描述该合金高温变形的峰值流变应力，获得了峰值流变应力解析式，其热变形激活能为239．02kJ·mol^-1．