时效处理对铝锂合金断裂行为的影响

来源:实用热处理手册作者:热处理网

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时效处理对铝锂合金断裂行为的影响温培刚,李国爱,陆政,赵亮亮引言阞系铝锂合金由于具有高比强、高比刚、优良的耐损伤以及良好的断裂韧度等性能,成为现阶段铝锂合金研究的重点¨引。由于加入质量分数腖梢源%的密度减重,并使弹性模量增加诤娇樟煊颍捎镁哂高综合性能的灿一.Ⅱ系合金替代传统的系铝合金可以起到很好的减重、延寿的效果。作为时效强化型合金,狶德溜辖鹬凶钗主要的析出相:,嗟某叽缂***植贾接影响了..系合金的综合性能∞。为了调控析出相的类型及分布,众多研究者在主合金元素:比例、微合金化元素以及时效工艺方面开展了大量研究¨’的成果。如适当增加:比可以促进嗟析出,缩短峰值时效时间【徊捎枚嗉妒毙У墓艺,可以在保证合金综合性能的同时提高合金的塑性;采取淬火后的预拉伸可以促进嗟奈出【偬岣咔慷鹊耐备纳坪辖鸬哪褪葱阅等。目前,这些研究多集中于析出相与合金的疲劳、强度、耐腐蚀性能等方面∽,关于析出相对合金断裂行为影响研究的相对较少。随着航空领域可靠性设计理念的发展,对铝锂合金的综合性能提出了更高的要求,特别是作为主承力结构应用的厚板,对厚度方向的强度、塑性等提出了严格要求,合金的断裂方式对于结构的(来源:淘豆网[])设计也起着重要的作用。因此,针对航空领域的高可靠性需求,系统的研究铝锂合金厚板时效工艺对最薄弱方向——短横向呦性能及断裂方式的影响规律对于新合金的开发及应用具有呼,并取得了较多年第卷第失效分析与预防本┖娇詹牧涎芯吭海本珺,/,R猐通过拉伸试验机、扫描电镜、透射电镜等设备对不同时效工艺下铝锂合金厚板的拉伸性能、微观组织以及断裂特征进行了系统研究。结果表明:随人工时效时间延长,合金的高向强度迅速增加,同时延伸率快速降低,合金的断裂方式也由穿晶滑移剪切鼐Щ旌隙峡谧1湮5ゴ康难鼐Ф峡凇J毙Ч讨芯谖龀隽舜罅康腡啵岣吡司谇慷龋种屏死伸过程中晶内的协调变形,降低了合金的塑性并导致合金沿晶开裂。丶蔧铝锂合金;断裂特征;析出相;人工时效;拉伸性能型挤掷嗪拧縏.南妆曛韭隴痡..恼卤嗪臸猤琇猘琇琙猯崭迦掌赸年日薅┤掌凇月日鹣钅縘国家自然科学基金髡呒蚪閉温培刚暌,男,硕士,工程师,主要从事铝合金研制、物理气相沉积、表面防护等方面的工作。琋:,·琒甌甌.瑆琹篈籐籪;籥籺.
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试验材料及方法匝榻峁治鲇胩致非(来源:淘豆网[])常重要的意义。本研究以国内自主开发的一种新型铝锂合金为研究对象,系统研究了不同时效工艺下合金高向的拉伸性能及断裂方式,结合透射电镜观察结果,初步明确析出相对合金断裂行为的影响机制,从而为铝锂合金的工程化应用奠定基础。试验材料为工业化制备的.%柿糠质,余量为。板倘艽恚椅滤慊穑婧进行%的预拉伸处理。将预拉伸后的合金分人工时效处理,状态分别定义为、将不同时效状态的合金沿高向取样,加工成拉伸试样,在屠旎辖惺椅吕试验,应变速率为/匝榘碒—进行,测量合金的拉伸性能,最终取鲇效值的平均值。拉伸断口形貌观察在将不同状态试样线沿厚度方向切割成薄片,然后经过机械研磨至斗笥遥谒喷电解仪上制备透射电镜试样,操作温度为一℃,操作电压为—喷电解液为%%,寤数=票负玫氖匝贘一型电镜不同时效工艺下合金的高向拉伸性能图亲匀皇毙Ъ安煌斯な毙Т砗蠛辖高向拉伸性能曲线,可以发现,人工时效处理后合从降低,从%降低至%。图种时效状态高向拉伸试样的断口扫描照片。从宏观形貌上相比,刺峡谄鸱的断口非常平整,整个断口有几个大的平面构成。局部放(来源:淘豆网[])大观察发现:峡谟纱┚Щ埔约安分沿晶断口组成,在撕裂棱区域可以观察到由滑移变形产生的细纹蠥区籘状态下仅有局部区域可以观察到穿晶形成的滑移条带蠥、,绝大部分为平齐的沿晶断口,断口上可以观察到析出相变形脱落留下的痕迹蠧区籘状态下合金全部为沿晶断的滑移痕迹,较大的断裂平面上清晰可见析出相变形脱落的痕迹蠥区隩相比,析出相脱落痕迹的数量显著增多。图种不同时效状态合金晶内析出相组织形貌及对应的衍射斑点,可以发现不同状态板材晶内析出相具有很大差异:状态板材晶内存在大量细小的析出相,尺寸在Q苌浠ㄑ性趝以及恢贸鱿至清晰的衍射斑点,表明析出相为图、图籘以及刺性虺鱿至舜罅康恼胱次出相,根据Q苌浠ㄑ奶氐恪梢匀认该相为⑾图~图6员韧⑼化,但密度显著增加。对于.—系合金来说,主要的析出相为嗪蚑,相,这两种析出相在结构和形貌上具有厚热板材,化学成分组成为.%、材经妫别进行室温自然时效,妫扫描电镜上进行。缌魑,双上进行观察,加速电压为金的强度较自然时效状态显著增加,屈服强度黾拥皆估慷萩毖由炻快速断口形貌特征较大,具有较大的撕(来源:淘豆网[])裂棱,刺亩峡谙喽云齐,边部区域具有小的撕裂棱出现,而刺口,晶界相交处的撕裂棱非常平齐,观察不到明显微观组织特征左右,可知,嗟某叽缢媸毙奔溲映げ⒚挥刑ù蟊很大差异,直接影响到合金的拉伸性能及断裂方失效分析与预防第卷观砌蚓峋必***∞粥拍凇捋.%、ⅰ.%、℃/。不同时效状态铝锂合金厚板高向拉伸性能盯图·
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结论积,当相邻晶粒的滑移系与塞积形成的应力方向相差不大时,变形可以穿过晶界,进入相邻的晶裂,形成沿晶断口;最终形成沿晶┚У幕旌闲断浚耸焙辖鹁哂薪虾玫乃苄浴5本诳J嘉过程中很难被位错切过,位错以绕过机制为升。晶内嗟拿芏仍礁撸晕淮碜璋男Ч显著,合金的强度也越高。在强度增加的同时,由于喽晕淮碓硕那苛易璋饔茫嗔诰Я<的协调变形难以实现,大量应力集中于晶界处,使合金发生沿晶开裂,晶内O嗍吭礁撸鞅不同时效状态直接影响铝锂合金的拉伸性能,随时效程度增加,合金的高向强度升高,延伸率快速降低。的变化决定了合金的拉伸性能及断裂行为。式。辔S牖骞哺竦膗:结构,在变形过程中很容易被位错切过海虼耍本谖鰂相为(来源:淘豆网[])小尺寸的嗍保龀鱿喽晕淮砜6淖枇小,拉伸时位错容易开动,导致合金屈服强度较低,同样,在持续变形过程中,由于晶内析出相容易切过,形成共面滑移,导致大量位错在晶界塞粒,形成穿晶滑移断口;如果相邻晶粒之间取向差较大,应力集中前端位错开动较难,将会使晶界开出O嗍保捎赥。相与基体为半共格,而且为六边形的片状形貌,在尺寸大于时,在变形主【R虼耍斯な毙Т砗蠛辖鸬那慷妊杆偕形能力越差,合金的塑性越低。随时效程度增加,合金的断裂方式由状态的穿晶滑移鼐ЭA训幕旌隙狭逊绞街鸩变化为单纯的沿晶断裂。随时效程度增加,晶内析出相由刺的辔V髯1湮#琁.刺腡,相为主,析出相第温培刚,李国爱,陆政,等:时效处理对铝锂合金断裂行为的影响同时效状态铝锂合金厚板高向拉伸试样断口形貌,图:;畆