Mg、Ag、Zn多元微合金化对新型Al-Cu-Li合金时效行为的影响

通过常规拉伸性能测试、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察,研究少量Mg、Ag、Zn多元微合金化对一种新型Al-Cu-Li合金微观组织与拉伸性能的影响。结果表明:在T6、T8时效态下,该合金的抗拉强度(σb)和屈服强度(σ0.2)均大于不含Mg、Ag、Zn的另外3种合金的,而伸长率(δ)相差较小。其主要强化析出相为大量的T1相、部分θ′相和少量的S′相。在T6时效态下,Mg、Ag的同时存在大大促进T1相和S′相的析出,显著增加合金强度;Mg、Zn的同时添加也促进T1相和S′相的析出,使合金强度在一定程度上得到提高。Mg元素微合金化的强化效果最强,同时添加Ag和Zn或单独添加Ag或Zn均能增强其强化效果;无Mg存在条件下,添加Ag、Zn对合金的强化效果较小。在T8时效态下,时效前的预变形形成的大量位错成为T1相的形核点,使合金形成细小、密集和均匀弥散分布的T1相,削弱了Mg、Ag、Zn元素对合金时效析出过程的影响。

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。

新型Al-Cu-Li合金的热稳定性

通过热暴露后的室温拉伸和高温拉伸试验及透射电镜显微组织观察,研究1种新型Al-Cu-Li合金的热稳定性。结果表明:合金在T8峰时效态下室温拉伸强度为647 MPa,强化相为大量的T1相,部分θ′相和少量S′相,其中T1相起主要作用;在低于150℃下热暴露200 h后,T1相的密度和尺寸没有明显变化,二次析出少量θ′相,强度略有升高;在150℃热暴露500 h后,T1相略微长大,另有细小T1相析出,强度仅下降5%;在200℃和250℃热暴露200 h后,T1相显著粗化,且有粗大平衡相θ析出,力学性能快速下降;合金的高温拉伸强度随拉伸温度的升高而降低,在200℃下的抗拉强度为506 MPa,可达到常温时的87.7%,明显优于传统耐热铝合金。

热处理制度对新型Al-Cu-Li合金组织与性能的影响

采用硬度测试、力学性能测试、SEM、EDS和TEM分析等方法,研究不同固溶处理和时效处理制度对新型Al-Cu-Li合金组织与性能的影响。结果表明:合金经490℃、1.5 h固溶处理后,第二相粒子回溶充分,未回溶第二相为Al Cu Fe Mn相,合金断口形貌呈沿晶断裂与少量韧窝形貌混合特征。合金适宜的T6制度为175℃、48 h,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为447 MPa、369 MPa和8.9%。适宜的T8制度为预变形6%+(160℃、36 h),抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为500 MPa、454 MPa和10.5%,此时合金具有较好的强塑性匹配。合金在T6和T8态的强化相均为复合相δ′/β′相、θ′相和T_1相3种。时效前的预变形可显著提高合金强度,随预变形量的增加,合金强化相由δ′/β′相、θ′相和T_1相为主逐渐转向以T_1相为主,T_1相比θ′相、δ′相具有更佳的强化效果。

新型Al-Cu-Li合金时效过程中组织和性能的变化研究

通过拉伸试验和透射电镜(TEM)等分析测试手段,研究了一种新型Al-Cu-Li合金在固溶+预拉伸+人工时效过程中组织和性能的变化。结果表明,143℃下时效65 h后合金的强度达到峰值,抗拉强度为559 MPa,屈服强度为472 MPa,延伸率为6.7%,塑性损失较为严重;透射电镜(TEM)观察分析表明,合金中的主要析出相是T1相,δ'相析出较少。2%预拉伸引入的适量密度位错为T1相提供了形核位置,既提高了T1相的形核率,又使T1相的分布均匀弥散。T1相的数量密度和尺寸随着时效的进行而增大。峰时效状态下,T1相长大较为明显,尺寸达到200 nm,尺寸均匀性减弱。结合显微组织和拉伸性能比较分析,合金时效35 h后可得到良好的组织和力学性能匹配。

Ce含量对新型Al-Cu-Li合金的凝固行为及其相的影响（英文）

分别采用金相,扫描电镜,X射线衍射,电子探针和波谱分析的手段,对一种加入不同铈含量(0,0.1,0.3,and 0.5,质量分数,%的新型Al-Cu-Li合金的铸态微观结构进行了研究。结果表明:随着含铈量的增加,晶粒得到很大程度的细化;在含铈量不超过0.3%的所有试验合金中,均观察到了一种MgAg富集的Al_7Cu_4Li中间相;当含铈量达到0.5%,一种新型的灰色CuSi(Ag Mg)相出现;然而粗大的杆状Al_2CuLi相在含铈量达到0.3%就已经完全消失。分析表明:铈添加导致本试验合金中的中间相的析出序列和凝固行为发生了改变;同时分析发现在合金凝固过程中产生的一种先析Al_8Cu_4Ce相,不但能够促进晶粒形核,同时能够阻止晶粒进一步长大,最终导致含铈的铸态合金晶粒得到细化。

Ce和Zr对新型Al-Cu-Li合金微观组织与拉伸性能的影响（英文）

通过微观观察和拉伸测试的手段,对比研究了在一种高Cu/Li比的新型Al-5.8Cu-1.3Li合金(质量分数,%)中分别加入Ce,Zr或者两者共同添加对其合金微观组织与力学性能的影响。微观观察表明:Ce和Zr共同添加合金与单一添加Ce或者Zr的合金比较,金属间化物弥散体由粗大的多边形颗粒转变成无规则的细小粒子,相应的拉伸断口断裂模式由脆性的沿晶断裂向塑性穿晶断裂转变。进一步微观分析表明:Ce的添加促进了Al-Cu-Li合金中主要强化相T1的析出。Ce和Zr共同添加合金与单一添加Ce合金相比,由于相对较少的Cu被束缚在尺寸较小的AlC uC e弥散体中,该合金基体中的Cu过饱和度在固溶淬火后相对更高。因此,Al-Cu-Li-Ce-Zr合金与Al-Cu-Li-Ce合金相比较,其析出相种类向T1转变,尺寸变得更小,晶粒更加细化,从而导致了该合金在峰时效时抗拉强度和屈服强度分别相对提高了19.6%和16.1%,并具有与之相当的延伸率。

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。

新型Al-Cu-Li-X合金热处理强化及组织特征

采用正交试验及其方差分析、最小显著差数(LSD)法研究新型Al-Cu-Li-Ag-Mg-Zr-Ce合金的固溶和时效热处理工艺,并采用电导率、SEM、EDX、TEM等测试手段对合金热处理过程中组织结构和性能进行分析。结果表明:该合金在固溶(520℃,1.5 h,水冷)和时效(180℃,18 h,空冷)处理后,T6态显微硬度比轧制态的提高100.8%,T87态强度值达到623 MPa。固溶过程中,大量Ce、Cu、Mg、Zr溶于基体起到固溶强化作用;时效时细小片状强化相T1和薄盘状θ′相均匀弥散在基体中析出,具有强烈沉淀强化效果。

不同时效状态新型Al-Cu-Li系合金腐蚀的电化学阻抗谱

通过对新型Al-Cu-Li系合金腐蚀的不同时间的电化学阻抗谱(EIS)分析,研究了该合金在T6、T8两种状态的腐蚀行为。宏观腐蚀行为和电化学阻抗谱表明,T8态由于时效前的预变形有效地降低了合金的腐蚀敏感性。从未经腐蚀的材料的微观形貌分析了该合金晶界、亚晶界和相关的第二相的分布和形貌进一步解释了两种状态合金腐蚀行为的差异性。T8态存在大量界面,使倾向于在晶界亚晶界形核的T1相在基体中分布较T6态细小,在剥落腐蚀中由腐蚀产物形成的楔形力较小,因此,T8态表现出比T6态更好的抗腐蚀能力。

时效状态对新型Al-Cu-Li系合金剥落腐蚀性能的影响

研究了一种新型Al-Cu-Li系合金在T6、T8两种时效状态的剥落腐蚀行为,根据电化学阻抗谱,结合显微组织形貌分析了其腐蚀机理。研究表明,两种时效状态的合金几乎同时发生点蚀,T8态合金剥落腐蚀要比经T6态合金发生晚。着重讨论了合金中T1相对腐蚀的影响,实验表明,时效前的预变形(6%)使T1相析出细小、均匀,有利于提高该合金的抗剥落腐蚀性能。

IN718高温合金的新型热控凝固工艺优化

针对高温合金复杂薄壁铸件易出现欠铸、晶粒粗大和疏松等问题,开发了一种以“低温浇注、高温充型、顺序凝固”为特征的新型热控凝固工艺,研究了在1 380℃浇注温度下模壳温度(1 260~1 350℃)和抽拉速度(6~48 mm·min^(-1))等工艺参数对IN718高温合金圆柱试样组织的影响,并在优化工艺下进行了复杂薄壁特征结构件的成形试验。结果表明:随着模壳温度升高,试样的晶粒尺寸从2.33 mm增加到7.46 mm,且组织均匀性变差,断面等轴晶比例由98%降低到41%,疏松数量减少,尺寸减小。随着抽拉速度增大,晶粒尺寸从3.66 mm减小到2.69 mm,疏松数量增加,尺寸增大;当抽拉速度不小于24 mm·min^(-1)时,组织均匀性较好。最优工艺为模壳温度1 290℃、抽拉速度24 mm·min^(-1),采用该工艺可制备得到晶粒尺寸为0.81 mm、疏松面积分数仅为0.2%、最小壁厚为1.8 mm的IN718高温合金大面积薄壁特征结构件。

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。

β相区固溶处理对新型TB17钛合金晶粒尺寸及均匀性的影响

首先对新型TB17钛合金进行了β相区(900~1050℃)保温不同时间(30~120 min)的固溶处理,并对固溶处理后合金晶粒尺寸进行了统计分析,研究了合金在β相区的晶粒生长行为及均匀性,计算了合金β相生长指数n和生长激活能Q,并建立了β相变点以上的β晶粒生长模型。结果表明,随保温时间的延长,合金β相的晶粒尺寸的变化趋势为先快速增加,后增加速率趋于缓慢。在较低加热温度(900~950℃)下,β晶粒缓慢增长,超过1000℃后,β晶粒快速增长。合金β相区晶粒平均生长指数为0.248,β相区晶粒生长激活能为51.9 kJ/mol;在晶粒尺寸均匀性方面,随保温时间的增加,β晶粒尺寸均匀性增加。保温时间低于60 min时,β晶粒尺寸均匀性差。β晶粒尺寸与保温时间存在幂函数关系。建立了β相变点以上的β晶粒生长模型Dn-D0=13494×t 0.248 exp(-71903/RT),模型计算值与实验数据的平均误差为5.5%。

新型钛合金焊接结构疲劳裂纹扩展速率试验研究

为了研究尺度效应及热处理工艺对新型钛合金材料疲劳性能的影响,本文对新型钛合金母材及焊接结构在不同尺度效应和热处理工艺下的力学性能和疲劳性能开展试验,分析尺度效应和热处理工艺对新型钛合金材料疲劳性能的影响规律。研究结果表明,仅经过低温热处理的新型钛合金焊接结构疲劳寿命要超过经过高温-低温热处理后的焊接接头近1.53倍;尺度效应对焊接结构的力学性能影响较大,对母材影响较小;随着尺度增大新型钛合金的裂纹扩展寿命增大,但裂纹扩展速率并无明显变化。

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。

新型铝合金人行天桥结构的受力特性分析

在铝合金承载桥梁应用较不广泛的现在,以福州首座铝合金人行天桥为背景,建立桥梁有限元模型,通过多种工况下的受力情况分析,探究新型铝合金天桥的结构受力特性。结果表明:该结构在严格控制加工、施工质量后,结构整体受力满足规范要求;在多种工况下,结构主跨跨中处上下弦杆轴力大,相比跨度小的边跨跨中处上下弦杆轴力大百分之30左右;同时该结构在多种工况下支座处下弦杆弯矩值较其他位置处大,后期设计中应予以重视。在结构受多种工况下,结构位移最大仅为13.4mm,满足规范要求,同时因荷载变化,结构各处位移也均有不同程度变化。结构在现有恒荷载以及多种活载分布情况下的结构安全系数均大于规范规定值,满足安全要求。

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定新型Al-Cu-Li系合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr的含量

研究了电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定Al-Cu-Li系合金中Cu、Li、Ag、Mg和Zr的方法。对样品溶解、共存元素干扰、基体效应进行了研究。采用硝酸和过量盐酸溶解试样,选择Cu324.752nm、Li 670.784nm、Ag 328.068nm、Mg 285.213nm和Zr 343.823nm作为分析线。配制标准工作曲线溶液时用纯铝打底消除基体效应。Cu、Li、Ag、Mg和Zr的分析范围分别为0.10%~4.00%、0.10%~2.00%、0.10%~1.00%、0.10%~1.00%和0.01%~0.50%,各元素的检出限均小于0.01μg/mL,加标回收率在94%~106%,相对标准偏差均小于2%,用于标准物质的测定,结果与认定值一致。

原位力学分析Al-Cu-Li合金晶界析出对滑移转移的影响

本文以2060 Al-Cu-Li合金为研究对象,采用原位拉伸SEM/EBSD研究了该合金分别处于T4、T6热处理状态下在变形过程中的晶粒组织变化;对晶界处的滑移转移现象进行了具体地分析,并利用TEM表征晶界相和晶界附近位错组态。通过对比分析不同热处理状态下的滑移转移现象和晶界析出行为,研究晶界析出对滑移转移的影响。结果表明,同一试样不同晶界处的位错累积存在差异,主要原因是晶界处位错可透过性不同导致的;晶界变形协调因子Luster-Morris参数(m')可以较好地解释几何不存在析出相的晶界处的滑移转移现象;晶界析出对晶界与位错的交互作用存在影响,影响的强弱受晶界类型的制约。对于时效态Al-Cu-Li合金的大角度晶界,由于CSL晶界具有较低的能量,往往在时效过程中更易析出连续的T1相,导致与一般的晶界相比,几何判定准则难以准确反映CSL晶界处的滑移转移现象。