热处理工艺对2195铝锂合金低温力学性能影响规律研究

论文摘要

本文系统地研究了固溶时效、固溶后分级和形变处理的工艺参数对2195Al-Li合金硬度和低温拉伸性能的影响,通过对拉伸断口的SEM观察,探讨了低温拉伸断裂行为,并对固溶时效态样品进行了较为系统的XRD和TEM研究。结果表明:与常温相比,77K下的抗拉强度指标显著提高。欠时效处理条件下520℃固溶,160℃×24h为优化工艺,在77K下的抗拉强度σb >590 MPa,σ0.2 >470 MPa,而延伸率δ>16 %;500℃固溶35min+160℃×24h处理工艺是典型的获得高的低温塑性的工艺,77K实验条件下,其延伸率高达29.23%,σb和σ0.2分别约为484 MPa和337 MPa;未处理样品的硬度约为HB66,峰时效态硬度约为HB107-109,时效峰大约出现在60-80h;T6态试样在77K的低温拉伸性能为:σb和σ0.2约为670 MPa,和570 MPa,与常温拉伸（约555 MPa和480 MPa）相比显著提高,δ约为9%与相应常温数据接近。高的抗拉强度和低的延伸率指标对应于典型的层状分割断面的断口特征,层状断口的出现不仅与试样的热处理状态有关,还和拉伸实验温度有关。固溶时效处理过程伴有再结晶发生,并产生了不同的再结晶织构。在低的固溶温度欠时效处理条件下表现出较为强烈的（111）择优取向,提高固溶温度,出现较强烈的（220）择优取向,而在峰时效处理条件下分别出现了（220）、（311）和（200）、（311）晶面的择优取向,时效时间延长,（311）择优取向比例增强。在固溶时效态析出相以T1相为主,兼有GP区和少量的β′相（Al3Zr）和δ′（A13Li）相,在T6状态下,先期析出的T1相有所长大,但同时有大量T1相弥散析出。低温下,通过分级和形变时效处理后2195铝锂合金的力学性能较常温有了显著提高,峰时效时σb提高幅度达到120MPa。延伸率也有较大的改善,其规律性较常温时更强。2195铝锂合金在分级时效制度（540℃/35min固溶+90℃/8h+180℃/24h时效）下能获得较佳的强塑性配合:σb =674.9 MPa、σ0.2=594.2 MPa、δ=9.1%。而在T8态（540℃/35min固溶+9%预变形+48h时效）下获得了最佳强塑性配合:σb=729 MPa、σ0.2=640 MPa、δ=10.5%。相同时效时间下,变形量由3%到15%,相应的σb增加了30 MPa,延伸率下降到10%左右。从综合力学性能考虑变形量控制在6%～12%的较为适宜。分级时效处理与形变热处理后,2195铝锂合金在时效过程中主要的强化相为δ′、T1和θ′相。低温时效后,析出相T1和θ′较为细小且分布均匀,同时存在大量由δ′/β′复合相组成的弥散分布的形核区;形变热处理后,合金的主要析出相是T1、θ′,且数量较多,更为细小。低温下合金的分层断裂方式主要以短横向的分裂方式为主,增加了许多新的平面使裂纹前进所需支付的能量增加,提高了力学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铝锂合金的发展和应用
• 1.1.1 铝锂合金的发展简史
• 1.1.2 铝锂合金的应用
• 1.2 铝锂合金的组织特征与发展趋势
• 1.2.1 Al-Li二元合金
• 1.2.2 Al-Cu-Li合金
• 1.2.3 Al-Li-Cu-Mg-Zr合金
• 1.2.4 铝锂合金的发展趋势
• 1.3 铝锂合金的强化机理及其措施
• 1.3.1 Al-Li合金强化机理
• 1.3.2 Al-Li合金强韧化措施
• 1.4 低温下铝锂合金在的力学性能
• 第2章 试验材料和试验方法
• 2.1 试验材料和试样规格
• 2.2 分析测试方法
• 第3章 固溶时效工艺对合金组织和性能的影响
• 3.1 固溶时效处理工艺
• 3.2 固溶时效工艺对力学性能的影响
• 3.2.1 固溶时效工艺对硬度的影响
• 3.2.2 固溶温度对低温拉伸性能的影响
• 3.2.3 固溶保温时间对低温拉伸性能的影响
• 3.2.4 时效时间对低温拉伸性能的影响
• 3.2.5 对比拉伸试验
• 3.2.6 拉伸断口形貌的SEM分析
• 3.3 固溶时效工艺对2195Al-Li合金组织结构的影响
• 3.3.1 2195Al-Li合金结构的XRD研究
• 3.3.2 2195Al-Li合金结构的TEM研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 分级时效处理对合金低温拉伸性能的影响
• 4.1 分级时效工艺对低温拉伸性能的影响
• 4.1.1 分级时效处理工艺
• 4.1.2 单级时效处理对合金低温拉伸性能的影响
• 4.1.3 分级时效与单级时效的力学性能进行对比
• 4.1.4 不同的预时效温度下力学性能比较
• 4.2 拉伸断口形貌的SEM分析
• 4.3 分级时效工艺对2195Al-Li合金组织结构的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 形变时效处理对合金低温拉伸性能的影响
• 5.1 预变形量对低温拉伸性能的影响
• 5.1.1 形变时效处理工艺
• 5.1.2 298K与77K下不同工艺下的力学性能
• 5.1.3 低温下预变形量对力学性能的影响
• 5.2 拉伸断口形貌的SEM分析
• 5.3 预变形处理对2195Al-Li合金组织结构的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢