国内铝锂合金基础研究及应用技术开发

总结了国内在铝锂合金主合金元素Cu、Li以及微合金元素Mg、Ag、Zn、稀土的(微)合金化效果及作用机理方面的研究结果。在主合金元素的研究方面,重点阐述了铝锂合金强度随Cu+Li总原子分数及Cu/(Cu+Li)原子分数比例增加而提高,但晶间腐蚀(IGC)抗力则随Cu/Li比增加而逐渐降低的规律及相关机理。在微合金化元素研究方面,主要阐述了Mg+X(X=Ag/Zn)添加促进T_1(Al_2CuLi)相形核并提高铝锂合金力学性能的机理,其强化效果的规律表现为:Mg+Ag+ZnMg+AgMg+ZnMg,同时还阐明了添加微量Zn元素提高铝锂合金IGC抗力,而添加微量Ag则降低IGC抗力的现象及其机理;另外,还总结了稀土(RE)元素分别在高Cu/Li比铝锂合金(以T1相为主强化相)及低Cu/Li比铝锂合金[以δ'(Al_3Li)相为主强化相]中的不利影响及有利影响的作用机理。除此之外,简述了国内航天用2195铝锂合金旋压、摩擦搅拌焊、氩弧焊、化铣等应用技术的开发情况。     

少量Cu对喷射沉积Al-Li合金显微组织与性能的影响

用喷射沉积方法制备了Al-Li合金及其含0.5%Cu的改型合金,进行了挤压和时效处理,测定了不同状态下这两种合金的显微组织和室温拉伸性能。结果表明,喷射沉积状态的Al-3.8Li-1.0Mg-0.4Ge-0.2Zr合金具有等轴细晶组织,析出Al4Li9和δ AlLi相,时效后析出大量δ' AlLi相;添加0.5%Cu使屈服强度提高30～48MPa,拉伸强度提高44MPa,性能提高的原因是Cu的固溶强化和Li在基体固溶度减少导致δ'相含量增加。     

一种新型超高强铝锂合金薄板的时效行为与微观组织

为优化一种新型超高强Al-Cu-Li-X合金2 mm厚度薄板的热处理工艺,本文研究了其不同时效条件下的力学性能和微观组织。结果表明:预变形为6%时,T8态长时间(20~120 h)时效时可保持600MPa以上的抗拉强度。T8态时效时合金强化相为大量T1相(Al_2Cu Li)和部分θ'相(Al_2Cu),T6态时效时还可析出极少量S'相(Al_2CuMg)。预变形可促进T1相细小弥散析出,但抑制θ'相及S'相的析出。6%以下预变形可有效提高合金T8态时效的强度。6%以上预变形量的T8态时效合金中T1相密度明显增加,尺寸显著降低,θ'相减少,但相应合金抗拉强度的增量很小,而延伸率急剧下降;过大预变形(15%)则导致θ'相消失。     

二次时效对微合金化的Al-Cu-Li 微观组织及力学性能的影响

通过常规力学性能、扫描电镜、透射电镜等测试分析方法研究了T8I6二次时效制度对Mg、Ag和Zn复合微合金化的Al-3.48Cu-1.44Li合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,与单级时效相比,二次时效合金强度提高,而塑性略降;合金强度随第三级时效时间的延长进一步提高.最优的合金其抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和延伸率分别为613.7、564.9 MPa和6.8％.合金的强化相主要为T1相,另有少量的θ'相和S'相.二次时效促进强化相,特别是T1相的二次沉淀,提高合金的强度,同时几乎不损失塑性.     

高强Al-Cu-Li-X铝锂合金2A97三级时效工艺及性能研究

以新型高强Al-Gu-Li-X铝锂合金2A97为研究对象,通过拉伸试验研究两种三级时效工艺及其改型工艺对合金性能的影响.结果表明,含有δ′相二次析出过程的三级时效和含有δ′相回溶过程的三级时效处理合金的强度和塑性达到T6峰值时效水平,三级时效改型工艺由于增加变形使前者合金的强度升高,塑性降低,使后者的强度显著提高.三级时效和单级时效合金的主要显微组织有δ′相、θ″/θ′相和T1相.三级时效改型工艺由于增加变形促进δ′相析出和δ′相回溶,同时变形促进T1相析出,从而改变了主要强化相δ′相和T1相的数量.     

高纯Al-Cu-Mg-Ag合金的多级断续时效工艺研究

采用拉伸力学性能测试、透射电镜微观组织分析、扫描电镜断口分析等方法,研究高纯Al-Cu-Mg-Ag合金多级断续时效工艺对合金力学性能及微观组织的影响.结果表明,二级时效温度为室温和65℃时,合金强化效果主要来源于固溶强化和GP区,时效时间对合金强度影响很小.二次时效温度高于100℃时,合金的主要强化相由θ'相逐渐转变为Ω相.适当延长时效时间可使合金获得最大的强化效果.与T6I4和T6I6热处理工艺相比,采用185℃,20min预时效后水淬 150℃/25～50 h的多级断续时效工艺极大缩短热处理周期并简化工序,同时合金的强度水平与T6态相当,而塑性获得显著改善.     

低温球磨粉末冶金制备Al-Cu-Mg合金的微观组织及力学性能

利用快速凝固和低温球磨复合工艺制备Al-Cu-Mg合金粉末,通过冷压、热挤压工艺固结成形,并对其进行固溶和自然时效处理,研究该过程中材料的微观组织变化和力学性能。结果表明:球形Al-Cu-Mg合金雾化粉末球磨4h后全部变为层片状,Cu Al2和Al2Cu Mg相发生分解并回溶入α(Al)基体中形成过饱和固溶体;挤压态材料的组织致密(致密度达98.6%),经热处理后平均晶粒尺寸约900nm,自然时效阶段合金中析出大量弥散分布的GP区和S″相;T4态材料的抗拉强度和屈服强度分别为526MPa和397MPa,而伸长率(15%)仍保持在较高水平,其强化方式主要为细晶强化和沉淀强化。     

铝锂合金热机械处理研究进展

综述了热机械处理对新型铝锂合金强韧化机制影响的研究,深入分析讨论了热机械处理对铝锂合金晶粒结构和沉淀相等显微组织演变规律的影响。通过热机械处理改变主要沉淀相的析出顺序和析出行为,促进基体形成细小、弥散和均匀分布的以δ′,θ″/θ′,T1,S″S′相为主的联合强化组织,抑制晶界沉淀相的析出和长大以及晶界无析出带的宽化,能够显著改善铝锂合金的强度和塑韧性匹配。经过固溶处理基体溶质原子和空位密度显著上升,淬火后形成这些缺陷过饱和固溶体为随后时效析出提供了动力。预变形和预时效促进了基体细小弥散的沉淀相δ′相或G. P.区均匀形核析出,在高温时效调节和稳定沉淀相尺寸和体积分数,获得T1、θ″/θ′和δ′相混合组织。新型和特殊热机械处理调控主要强化相δ′,θ″/θ′,T1相析出比例、尺寸和取向,细化晶粒和优化晶粒结构。最后指出应开发大规格轧制板材和热锻件的应力时效等新型热机械处理工艺,以满足大型航空飞机和重型运载火箭对轻质高性能铝锂合金需求。     

冷却速率对GH4169合金显微组织和持久性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和物理化学相分析对经时效后两种不同冷却速率的GH4169合金的显微组织和持久性能进行了研究,结果表明:冷却速率的改变,对合金中碳化物的含量和晶粒尺寸没有明显影响,但显著改变了(γ'+γ')相的平均尺寸和δ相的含量;当冷却速率较快时,合金的持久性能较好.     

固溶对Al-Cu-Li-X合金组织和性能的影响

通过OM,SEM,TEM和力学性能测试等手段,研究了固溶处理对Al-Cu-Li-X合金组织和性能的影响.结果表明:2A97合金T6态(未拉伸态)在520℃固溶80min,淬火转移时间小于15s,水淬,获得了合适力学性能,抗拉强度为493MPa,屈服强度为415MPa,延伸率为7.3%.合金时效强化相以T1,θ′/θ″和δ′ 相为主.经510℃,520℃和530℃固溶水淬,再165℃时效18h,随固溶温度升高,强度和塑性趋于减小.在520℃固溶水淬,再165℃时效18h,随固溶时间延长,屈服强度趋于升高,延伸率先升后降低.随固溶温度升高和时间延长,可溶过剩相数量和体积分数减小.520℃固溶后时效,基体沉淀相T1,θ′/θ″和δ′ 相数量多,尺寸小,分布均匀.     

低Cu含量Al-Mg-Si-Cu合金的T78双级时效

采用拉伸和加速腐蚀试验,分别测试了预时效（180℃）+再时效（190、200、210℃）对一种低Cu含量Al-Mg-Si-Cu合金拉伸性能和晶间腐蚀的影响,结果表明,延长预时效和再时效时间或提高再时效温度,合金强度逐渐降低,同时,腐蚀类型按晶间腐蚀→均匀腐蚀→坑蚀顺序演化。其中,经预时效（180℃/2~8 h）+再时效（200℃/6 h或210℃/2 h）处理,合金抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为380~395 MPa、360~380 MPa和12%~15%,腐蚀类型为均匀腐蚀,实现强度与耐蚀性的良好配合。透射电镜观察表明,随着双级时效程度的增加,合金强度的降低源于基体β"相的减少及β'相和Q'相的增加;晶间腐蚀倾向的降低与晶界Q相大间距、断续分布有关;坑蚀的形成则与结晶Q相吸收周围析出相、形成基体无析出区有关。     

一种铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能及微观组织研究

研究了C24S-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能及微观组织。通过焊接工艺参数的优化,获得了无孔洞缺陷、焊缝质量优异的接头,强度系数约82%。拉伸时塑性变形及断裂集中于焊缝处。基材晶粒呈薄饼状,沿轧制方向拉长;焊核区为细小等轴的再结晶晶粒,平均晶粒尺寸约2.3μm,大部分晶界是大于15°的大角度晶界;热机影响区的晶粒在焊接过程中发生了偏转和变形。C24S-T8铝锂合金基材强化相包括T1相(Al2CuLi)、θ’相(Al2Cu)和S’相(Al2CuMg);热机影响区及焊核区内强化相完全溶解,造成硬度下降。     

固溶制度对7050铝合金微观组织和腐蚀性能的影响

采用光学显微镜(OA)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段和电化学、浸蚀、慢应变速率拉伸(SSRT)等测试方法,研究不同固溶热处理制度对7050铝合金板材微观组织和腐蚀性能的影响。结果表明:单级固溶将η(MgZn2)相完全溶入Al基体中,而S(Al2CuMg)相仍然大量存在,固溶度低,时效后晶内析出密度低;双级固溶使S相部分溶解,合金晶粒长大,再结晶分数高;逐级固溶使η和S相完全溶解,合金充分回复,时效后晶内析出密度高,再结晶分数低;不同固溶+T6时效态合金的抗应力腐蚀性能从大到小依次为逐级固溶>双级固溶>单级固溶。     

Li对Al-Zn-Mg-Cu系合金时效早期原子聚集行为的影响

针对Al Zn Mg Cu Li合金时效早期出现的硬度快速上升现象,用L J势函数计算了该合金各种原子间、原子与空位间的相互作用势。结果表明:在Al Zn Mg Cu合金中,以Mg/v聚集为主,还有Zn/v,Cu/v,Zn/Mg的复合聚集;加入较高量的Li以后,则以Li/v聚集为主,几乎没有Zn/Mg聚集形式。     

Cr含量对Ti5Mo5V3Al-xCr系合金组织及性能的影响

对Ti5Mo5V3Al-x Cr(x=1.0,3.0,5.0,7.0,9.0)系五种合金分别在β单相区和(α+β)两相区固溶水淬处理后,并在同一温度时效后的力学性能进行了研究。结果显示,合金的时效强度随着Cr含量的增加而逐渐降低。通过扫描电镜SEM及XRD等分析测试手段,详细分析了五种合金在各种热处理状态下的相构成、相含量、尺寸形貌等微观因素与宏观力学性能之间的相关性。结果显示Ti5Mo5V3Al-x Cr系合金的强化机制主要是由于时效过程中析出的αs相造成的。合金强化效应的大小则与αs相析出的数量、尺寸密切相关,而αs相的析出机制主要由Cr元素在合金系中的含量所决定。     

等温锻造Mg-10Gd-2Y-0.5Zn-0.3Zr稀土镁合金组织性能

利用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对原始锻态、等温锻造和时效处理后Mg-10Gd-2Y-0.5Zn-0.3Zr合金的微观组织进行分析研究。结果表明:等温锻造合金晶粒相对于原始锻态合金细化不明显,但大量的第二相在基体中的弥散析出是等温锻造合金强度略有上升的主要原因;合金在200℃时效过程中,随着时效时间的延长,越来越多细小颗粒及层片状强化相在基体中析出,其最优的时效工艺为200℃/60h;峰值时效合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为379 MPa、245 MPa和4.6%;β'相和长周期相(long period stacking order,LPSO)的大量弥散地在基体中析出是峰值时效合金的主要强化机制。     

固溶前退火处理对2050铝锂合金冷轧薄板力学性能与组织的影响

采用拉伸性能测试、电子背散射衍射分析(EBSD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),研究了固溶前退火处理(300℃/4 h,400℃/2 h)对2050铝锂合金冷轧薄板T8时效后力学性能、晶粒组织和析出相的影响。研究结果表明:固溶前退火处理导致2050铝锂合金冷轧薄板固溶态不完全再结晶数量增多,晶粒长厚比增大,小角度晶界比例增加,同时使合金Goss织构密度增大。T8时效后主要强化相为T_1相和θ′相。固溶前退火处理可导致后续T8时效时T_1相在不同{111}_(Al)面上析出差异,其中部分{111}_(Al)面上T_1相析出减少,而预拉伸变形时承受高分切应力{111}_(Al)面上T_1相析出增加,从而影响合金的力学性能。固溶前300℃/4 h退火处理可使T8时效后合金屈服强度和抗拉强度提高,伸长率基本保持不变。     

1.0wt％Li对Al-Zn-Mg-Cu合金时效硬化的影响

对含1.0wt%Li和不含Li的5.6wt%Zn,1.9wt%Mg,1.6wt%Cu,0.3wt%Er合金在110℃,120℃和160℃进行单级时效,并对含Li的铝合金进行110℃ 5h+160℃ 40h两级时效。由于合金中Li对GP区的抑制作用,与不含Li合金相比,含Li合金的单级时效硬化效果差。双级时效时,含Li铝合金具有较好的强化硬化效果,这与形成了η′相和T′相有关。     

Ru对DD22镍基单晶高温合金组织和持久性能的影响

通过对两种不同Ru含量(0％和2％,质量分数)的新一代镍基单晶高温合金DD22铸态及热处理态组织定量表征与1100～ 1150 ℃持久性能测试,研究了Ru对相转变温度、(γ+γ')共晶组织、凝固偏析、合金元素相成分、合金元素分配比及持久性能的影响.结果表明:Ru降低了合金的固液相线、铸态共晶组织体积分数以及凝固偏析程度.合金热处理后,与无Ru合金相比,含Ru合金γ '尺寸更为细小,γ/γ'两相中对TCP相析出有重要影响的Re和Cr元素分配更加均匀.Ru通过降低γ'相尺寸,增加γ/γ'错配度,提高固溶强化效果,抑制持久加载过程中TCP相析出,显著提高DD22合金持久性能.     

强磁场对Al-40％Cu合金中Al2Cu析出相的影响

在10T强磁场下进行了Al-40％ Cu(质量分数)合金重熔凝固实验,并用金相分析方法研究了磁场对凝固组织的影响.实验结果表明,Al-40％Cu合金在10T强磁场中凝固时,析出相Al2Cu形成与磁场方向成一角度的规则排列的平面层状组织.理论分析认为:由于Al2Cu晶体在不同方向的磁化率不同,在磁场中受到磁力矩的作用而转...