高性能铝锂合金关键力学性能各向异性的影响因素及控制措施

铝锂合金具有低密度、高比强度以及良好的高温、低温等一系列优异性能,在军事和航天领域具有广阔的应用前景。但是锂元素的添加也导致了诸多缺点,例如较低的短横向韧性、断裂韧性、热不稳定性,尤其是极其强烈的力学性能的各向异性,这严重影响了铝锂合金的使用。目前已有研究表明,晶体学织构和合金析出相是影响合金力学性能各向异性的主要因素,因此消除各向异性的方法也分为两种:调控织构类型和调整合金析出相,其中可以通过改变轧制前材料的状态和轧制工艺来调整织构类型,改变合金成分和时效工艺来调整析出相类型。本文综述了铝锂合金关键力学性能各向异性的成因以及消除各向异性所开展的研究以及对应措施。

中间形变热处理对2A97铝锂合金厚板组织和性能的影响

利用拉伸机和疲劳试验机对不同变形量(0%、20%和25%)温压(260℃)后2A97-T84合金厚板的强度及断裂韧性进行了测量,采用金相显微镜、SEM和TEM对微观组织及断口进行了观察。结果表明:随变形量增大,合金的强度和伸长率均先增加后减小,20%变形量合金的σ_(b)、σ_(02)、δ分别为543、436 MPa和5.1%。25%变形量合金的σ_(b)、σ_(02)和δ分别为520、430 MPa和3.5%;合金断裂韧性先增大后减小,断裂韧度最大达到18.56 MPa·m^(1/2)。温压使合金再结晶程度增大,但过多的再结晶晶粒使合金断裂韧性下降;温压使合金、二次相碎化,提高合金断裂韧性。变形量为20%时,合金强化相δ’相和T_(1)相数量最多,合金强度得以提高;变形量为25%时,再结晶消耗了大量位错能,造成强化相数量下降,导致合金强度下降。

Al-Cu-Li合金轧制厚板的疲劳性能及断裂机理研究

利用疲劳试验机、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等设备研究了95 mm厚的Al-Cu-Li合金热轧板材不同方向的组织特征、疲劳性能和断裂机理.结果表明:Al-Cu-Li合金热轧厚板的力学性能和疲劳性能均存在各向异性.LT向(横向)的力学性能和疲劳性能均优于L向(纵向)和ST向(高向),L向(纵向)的力学性能较ST向更好,但疲劳性能较ST向更差.Al-Cu-Li合金厚板的疲劳裂纹源主要出现在试样表面、近表面的夹杂物和晶界处.裂纹扩展过程中,LT向裂纹扩展路径较L向更曲折,ST向具有典型的解理特征,瞬断区形貌与静态拉伸断口相似.晶界越多,裂纹扩展阻力越大,LT向和ST向的未溶第二相能够有效阻碍裂纹扩展,导致其疲劳性能优于L向.

中间形变热处理对2A97铝锂合金组织和性能的影响

通过室温拉伸、晶间腐蚀、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)等测试方法,对中间形变热处理过程中进行不同压缩变形量处理的2A97铝锂合金厚板短横向室温拉伸性能、晶间腐蚀性能和合金的宏微观组织进行了系统研究。结果表明,随压缩变形量的增加,合金再结晶程度提高,强度和伸长率先增加后降低。压缩变形量为20%时,再结晶晶粒细小,晶粒内包含均匀弥散分布的δ′相,晶界处的δ′相断续分布,合金的拉伸性能最好,伸长率明显提高;压缩变形量为25%时,合金的耐晶间腐蚀性能最好。合金的拉伸性能和腐蚀性能是由晶粒形貌和析出相的数量及分布共同作用的结果。

不同时效状态对2A97铝锂合金薄板疲劳损伤行为的影响

对不同时效状态下2A97铝锂合金薄板的拉伸性能、疲劳损伤过程以及微观组织特征进行了研究。结果表明,从T3至T8状态,合金的强度逐渐增加,但疲劳损伤性能急剧降低,疲劳裂纹扩展方式也由T3状态的多晶粒多系滑移-穿晶微裂纹为主逐渐演变为T8状态的晶内位错聚集-沿晶微裂纹为主。微观组织观察结果表明,不同状态中析出相类型及分布具有很大不同,这些差异直接影响了疲劳裂纹萌生、扩展过程中位错的增殖及扩展方式,最终影响了合金的疲劳寿命。

挤压温度对7085铝合金挤压棒组织和性能的影响

采用室温拉伸、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等分析方法,研究了挤压温度对7085铝合金挤压棒组织和性能的影响。结果表明,经热处理后的挤压棒纵向、横向拉伸性能随挤压温度的变化而显著变化。随挤压温度升高,挤压棒纵向的屈服及抗拉强度均显著降低,而伸长率变化不大;横向的屈服强度显著降低,抗拉强度变化不大,伸长率显著提高;纵向、横向的拉伸性能差异随挤压温度的升高而迅速降低。通过高倍组织观察发现,当挤压温度为380℃时,经热处理后呈现出典型的条带状变形组织形貌,温度提高到420℃时,挤压过程中发生了显著的动态再结晶,形成了细小的等轴颗粒。晶粒形貌的差异,直接影响到力学性能及断裂机理。动态再结晶的形成,消除了挤压时形成的挤压效应,降低了挤压棒纵向的强度,同时,使合金横向断口由沿晶断裂为主转变为典型的穿晶滑移断裂为主的特征,有效改善了合金的塑性。