Al-Cu-Li合金形變熱處理過程中析出相演變規(guī)律及力學(xué)性能研究.pdf

1、本文以Al-Cu-Li合金板材為研究對(duì)象，采用透射電子顯微鏡(TEM)、高角環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡(HADDF-STEM)等微觀組織表征技術(shù)，以及室溫拉伸試驗(yàn)等力學(xué)性能測試手段，系統(tǒng)研究了不同預(yù)變形方式（即預(yù)拉伸和大變形軋制）對(duì)時(shí)效態(tài)Al-Cu-Li合金的微觀組織和力學(xué)性能的影響，以及合金在不同時(shí)效溫度條件下析出相的演變規(guī)律。本研究還通過對(duì)時(shí)效態(tài) Al-Cu-Li合金進(jìn)行原子級(jí)別的表征來研究析出相的結(jié)構(gòu)、分布以及T1相的形成機(jī)制。<

2、br>　　本研究主要內(nèi)容包括：①未經(jīng)預(yù)變形的樣品在時(shí)效處理后，析出相以大尺寸的T1相和θ'相為主；而經(jīng)預(yù)拉伸的樣品在時(shí)效處理后，T1相的析出明顯增多，θ'相的析出明顯減少，此時(shí)析出相以細(xì)小彌散的T1相為主。此外，經(jīng)定量統(tǒng)計(jì)，預(yù)拉伸變形量越大，作為主要析出相的盤片狀T1相的直徑越小，但厚度及體積分?jǐn)?shù)幾乎保持不變。力學(xué)性能測試結(jié)果表明，隨著預(yù)拉伸變形量的增大，峰值時(shí)效態(tài)合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度升高，塑性降低。通過對(duì)不同預(yù)拉伸變形量的樣品在峰

3、值時(shí)效態(tài)的主要強(qiáng)化機(jī)制的定量分析可知，預(yù)拉伸變形量越大，位錯(cuò)強(qiáng)化效果越大，而T1相的析出強(qiáng)化效果越小。②相較于經(jīng)預(yù)拉伸處理的樣品，在液氮溫度下大變形軋制的樣品經(jīng)時(shí)效后，屈服強(qiáng)度明顯升高，塑性幾乎保持不變；而在室溫下大變形軋制的樣品經(jīng)時(shí)效后，屈服強(qiáng)度和塑性均無明顯優(yōu)勢。在液氮溫度軋制過程中，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)會(huì)受到明顯地抑制，使得基體中存在數(shù)量相對(duì)較多的位錯(cuò)，加大了位錯(cuò)強(qiáng)化效果；同時(shí)，大量位錯(cuò)可作為T1相的優(yōu)先形核點(diǎn)，導(dǎo)致時(shí)效過程中有大量細(xì)小彌散

4、的T1相在基體中均勻析出，增強(qiáng)了析出強(qiáng)化效果，由此得到較優(yōu)的綜合力學(xué)性能。③表征了Al-Cu-Li合金在不同時(shí)效溫度下（120、160和200 oC）時(shí)效過程中第二相的析出演變情況，并結(jié)合表征結(jié)果對(duì)時(shí)效過程中各時(shí)效階段的演變機(jī)制進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，Al-Cu-Li合金在不同溫度的時(shí)效過程中析出相種類相同，即為T1相、GP區(qū)/θ'相、δ'相和χ相(Al5Cu6Li2)；然而析出相的相對(duì)數(shù)量及分布會(huì)隨時(shí)效溫度的不同而存在明顯差異。在時(shí)效初

5、期，時(shí)效溫度為120 oC時(shí)，大量細(xì)小彌散的δ'相在基體中均勻析出；而時(shí)效溫度為160和200 oC時(shí)，有少量粗大的δ'相在基體中析出，并有部分T1相在位錯(cuò)處析出。在峰值時(shí)效階段，時(shí)效溫度為120 oC時(shí)，合金的主要析出相為GP區(qū)/θ'相、δ'相和χ相(Al5Cu6Li2)；而時(shí)效溫度為160和200 oC時(shí)，合金的主要析出相為T1相。此外，合金在200 oC溫度下時(shí)效時(shí)，會(huì)快速進(jìn)入過時(shí)效態(tài)，此時(shí)第二相厚度明顯增大。④采用HAADF-S

6、TEM表征技術(shù)對(duì)時(shí)效態(tài)Al-Cu-Li合金中眾多析出相的結(jié)構(gòu)及分布進(jìn)行原子級(jí)別的表征發(fā)現(xiàn)：δ'相在平直的θ'相兩側(cè)的析出存在兩種共生關(guān)系，即“反相”(anti-phase)和“同相”(in-phase)關(guān)系，共生關(guān)系的選擇與θ'相的厚度有關(guān)；T1相易于在晶界處析出，且T1相在晶界處的析出存在變體選擇，其中慣習(xí)面最接近晶界面的 T1相變體更易于在晶界處析出；存在T1相的前驅(qū)相，結(jié)合表征結(jié)果建立前驅(qū)相的結(jié)構(gòu)模型，并使用第一性原理計(jì)算驗(yàn)證了其