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2A97铝锂合金热处理工艺及组织性能研究

作　者: 闫豪
导　师: 高文理
学　校: 湖南大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 2A97合金热处理晶间腐蚀显微组织激活能
分类号: TG166.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

2A97铝锂合金是我国自主研发的新型Al-Cu-Li-X系合金，具有轻质高强、可焊性好、耐疲劳等优点，在航空航天领域中具有广阔的应用前景。研究热处理工艺对其微观组织和性能的影响，从而改善其强塑性匹配及耐腐蚀性能，可进一步推动其在航空航天领域中的应用。本文采用硬度测试、拉伸性能测试、金相显微观察（OM）、DSC分析、SEM分析及TEM分析等方法研究了2A97铝锂合金在不同热处理工艺下的硬化特征、拉伸力学性能、晶间腐蚀行为、及其显微组织变化规律，不仅优化出了合理的热处理制度，而且探明了该合金在时效过程中沉淀析出相的演变规律及动态析出行为，同时测定出了主要沉淀强化相T1相的析出激活能，得出的主要结论如下：（1）固溶温度和固溶时间对2A97铝锂合金轧制板材的组织性能具有很大影响，合金适宜的固溶温度为520℃，固溶时间为90min。经此固溶处理后在165℃时效60h的峰值抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为556MPa、530MPa和5.6%。（2）对单级时效、双级时效和回归再时效处理后2A97铝锂合金的力学性能和抗晶间腐蚀性能研究表明：合金经200℃/15min+165℃/24h或200℃/6h+165℃/6h双级时效工艺处理后的抗拉强度均高于540MPa，伸长率均在7%以上，此时合金具有强塑性匹配好，抗晶间腐蚀效果佳，所需时效时间短等优点，因而采用这两种工艺进行时效最为适宜。（3）2A97铝锂合金具有很强的自然时效特性，该合金经固溶淬火处理后的初始硬度值仅为78HB，自然时效初期硬度上升很快，时效24h后已升至110HB；随后缓慢增长，7天后硬度可达124HB；之后进入稳定状态，随着自然时效时间的继续延长，硬度几乎不再发生变化。对经长期自然时效处理的样品进行TEM观察发现其主要强化相为δ’、G.P.区、以及δ’/β’复合相。（4）2A97铝锂合金165℃单级时效过程中沉淀相的析出序列为：α过饱和固溶体→G.P.区+δ’→θ’+δ’/θ’→θ’+T1+σ。165℃人工时效初期的主要强化来源为G.P.区、δ’以及δ’/θ’等复合相，时效中期和后期的主要强化相为θ’、T1和少量σ相。（5）2A97铝锂合金165℃/60h单级峰时效时主要析出相为数量较多且尺寸较小的T1相和θ’相；200℃/6h单级峰时效时主要析出相为较少量的T1相和一定数量的θ’相；与200℃/6h单级峰时效相比，经200℃/6h+165℃/6h先高温后低温双级时效处理后，合金进入“过时效”阶段，T1相数量有所增加但尺寸变化不大，分布也更加均匀，因而其强化效果没有下降反而上升。（6） T1（Al₂CuLi）相是在铝基体{111}晶面上形成的六角形板条状析出相，它的强化效果比δ’相更好，是2A97铝锂合金人工时效过程中析出的一种重要强化相。依据不同升温速率下的DSC曲线，采用Kissinger法求得2A97铝锂合金中T1相形核过程中的激活能为75.9kJ/mol。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-27
  1.1 引言  12-13
  1.2 铝锂合金的研究与发展概况  13-17
    1.2.1 国外铝锂合金的发展与应用  13-16
    1.2.2 国内铝锂合金的发展与应用  16-17
  1.3 合金元素在铝锂合金中的作用  17-20
    1.3.1 主合金元素  18-19
    1.3.2 微量元素  19-20
    1.3.3 杂质元素  20
  1.4 铝锂合金的组织特征  20-23
    1.4.1 Al-Li 二元合金  21-22
    1.4.2 Al-Cu-Li 合金  22-23
    1.4.3 Al-Li-Cu-Mg-Zr 合金  23
  1.5 铝锂合金的热处理工艺  23-24
    1.5.1 T6 和 T8 工艺  23-24
    1.5.2 双级时效  24
    1.5.3 回归再时效  24
  1.6 铝锂合金的腐蚀类型  24-26
    1.6.1 点蚀  24-25
    1.6.2 晶间腐蚀  25
    1.6.3 剥落腐蚀  25-26
  1.7 本文研究的目的、意义及主要内容  26-27
第2章实验方案  27-32
  2.1 实验材料的制备  27
  2.2 实验方案  27-28
    2.2.1 固溶  27
    2.2.2 时效  27-28
  2.3 性能测试  28-30
    2.3.1 宏观硬度测试  28-29
    2.3.2 室温拉伸性能测试  29
    2.3.3 DSC 实验  29
    2.3.4 晶间腐蚀  29-30
  2.4 显微组织观察  30-32
    2.4.1 金相组织观察(OM)  30
    2.4.2 X 射线衍射分析(XRD)  30
    2.4.3 扫描电镜观察(SEM)  30-31
    2.4.4 透射电镜观察(TEM)  31-32
第3章 2A97 铝锂合金热处理工艺的研究  32-52
  3.1 引言  32
  3.2 2A97 铝锂合金固溶制度的研究  32-36
    3.2.1 不同固溶温度下合金的组织与性能  32-35
    3.2.2 不同固溶时间下合金的组织与性能  35-36
  3.3 2A97 铝锂合金时效制度的研究  36-44
    3.3.1 单级时效过程中 2A97 铝锂合金的硬化曲线  36-37
    3.3.2 双级时效过程中 2A97 铝锂合金硬化曲线  37-39
    3.3.3 回归再时效过程中 2A97 铝锂合金的硬化曲线  39-41
    3.3.4 不同时效制度下 2A97 铝锂合金的力学性能研究  41-43
    3.3.5 不同时效制度下 2A97 铝锂合金的拉伸断口研究  43-44
  3.4 2A97 铝锂合金晶间腐蚀行为的研究  44-47
    3.4.1 165℃单级时效处理后合金的晶间腐蚀性能  44-45
    3.4.2 不同时效温度下合金的晶间腐蚀性能  45-46
    3.4.3 不同时效工艺下合金的晶间腐蚀性能  46-47
  3.5 分析与讨论  47-50
    3.5.1 固溶制度对 2A97 铝锂合金组织与性能的影响分析  47-48
    3.5.2 时效制度对 2A97 铝锂合金组织与力学性能的影响分析  48-50
  3.6 本章小结  50-52
第4章 2A97 合金时效过程中析出相的演变与分析  52-67
  4.1 引言  52
  4.2 2A97 铝锂合金自然时效过程中的显微组织分析  52-55
    4.2.1 自然时效下合金的硬化曲线及 TEM 分析  52-54
    4.2.2 DSC 分析  54-55
  4.3 2A97 铝锂合金 165℃人工时效过程中的显微组织分析  55-60
    4.3.1 165℃人工时效下合金的硬化曲线及 TEM 分析  55-57
    4.3.2 2A97 铝锂合金中 T1相形核能的测定  57-59
    4.3.3 2A97 铝锂合金的 XRD 分析  59-60
  4.4 2A97 铝锂合金不同时效状态下的显微组织分析  60-62
    4.4.1 不同时效状态下的 TEM 分析  60-61
    4.4.2 2A97 铝锂合金中方形相的分析  61-62
  4.5 分析与讨论  62-65
    4.5.1 自然时效析出强化机理  62-63
    4.5.2 人工时效析出强化机理  63-65
  4.6 本章小结  65-67
结论  67-69
参考文献  69-75
致谢  75-76
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  76

2A97铝锂合金热处理工艺及组织性能研究

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