新型鋁鋰合金(2099和2196合金)擠壓材組織與性能的研究.pdf

1、2099和2196合金屬于是第三代新型鋁鋰合金。Alcoa公司研發(fā)的2099合金具有平面各向異性小,橫向延展性高,裂紋擴展速率低,耐蝕性良好等優(yōu)點,已用在A380客機機身結(jié)構(gòu)件；而2196合金屬于Alcan公司開發(fā)的Weldalite049系合金,具有較高的強度和優(yōu)異的抗腐蝕性能,并具有良好的耐損傷性能,可替代7075合金作為飛機機身面板及機翼橫梁等的主結(jié)構(gòu)件,也已用作A380客機的機翼和機身桁條。目前關(guān)于這兩種合金的微觀組織及拉伸力學(xué)

2、性能關(guān)系未見詳細報道。因此,深入探討2099和2196合金的組織與性能之間關(guān)系,以及Mg、Zn在2099合金中的合金化作用和Mg、Ag在2196合金中的合金化作用,對合金未來的研究與利用具有重要的意義。
　　 本文借助金相、掃描電鏡和透射電鏡等微觀組織觀察手段,以及硬度測量,力學(xué)性能測試等方法,詳細研究了不同熱處理制度下的2099和2196合金微觀組織與常規(guī)拉伸力學(xué)性能之間的關(guān)系,另外也探討了2099合金中所含的Mg、Zn元素的

3、作用,以及2196合金所含的Mg、Ag元素的作用,得到以下結(jié)論:
　　 (1)2099和2196合金時效處理后,無論其是在T6單級或雙級還是在T8狀態(tài)下,合金的抗拉強度均隨時效時間的延長逐漸增加,到達一定的時間后達到峰值,隨后進入過時效階段,強度緩慢降低,延伸率則隨時效時間延長降低。兩種合金時效前的預(yù)拉伸變形抑制了δ'相的粗化,促進了T1相的形核析出,加強了T1相的沉淀強化效果,顯著改善了合金的組織,使合金的力學(xué)性能較T6單級和

4、雙級處理得到提高。
　　 (2)2099合金T6態(tài)單級時效最佳的時效制度為540℃×40min固溶,175℃×40h時效,σb=559Mpa,σ0.2=499Mpa,δ=7.2％；T6雙級處理適當?shù)臅r效工藝為540℃×40min固溶,120××24h+163℃×56h時效,σb=575Mpa,σ0.2=504Mpa,δ=7.8％；T8態(tài)最佳時效工藝制度為540℃×40min固溶,3％預(yù)拉伸變形+150℃×30h時效,σb=625

5、Mpa,σ0.2=601Mpa,δ=6.1％。
　　 (3)2196合金T6態(tài)單級時效最佳的時效制度為540℃×40min固溶,175℃×40h時效,σb=655Mpa,σ0.2=603Mpa,δ=7.6％；T6雙級時效處理適當?shù)墓に嚍?40℃×40min固溶,120℃×24h+163℃×56h時效,σb=636Mpa,σ0.2=564Mpa,δ=7.8％；T8態(tài)最佳熱處理制度為540℃×40min固溶,3％預(yù)拉伸變形+150℃

6、×24h時效,σb=705Mpa,σ0.2=684Mpa,δ=5.1％。
　　 (4)T6雙級時效工藝條件下,2099合金較T6單級處理,強度有所增加,并且延伸率也有一定的提高；2196合金T6單級處理相比,強度減小,但降幅不大,且延伸率得到極大提高。
　　 (5)T6單級峰時效條件下,含Mg不含Zn的2＃合金較同時含Mg和Zn的1撐合金析出的T1相密度小很多,而含Zn不含Mg的3＃合金較1＃合金析出相中不含θ′相,這表

7、明Mg促進了θ′相的析出,而Zn促進了T1相的形核析出。同時含Mg和Zn的1＃合金時效強化效果明顯較其他兩種合金好,Mg和Zn分別在促進θ′相和T1相析出的同時,Mg與Zn之間產(chǎn)生交互作用抑制了δ′相的長大粗化。
　　 (6)T6單級時效工藝情況下,同時含Mg和Ag的4＃較單獨含Mg的5＃合金析出的T1相多一些,但是合金T6態(tài)下是以δ′相和θ″/θ′相為主要的強化相,T1相很少,并不是主要的強化相,并且T1相的析出抑制了合金中δ

8、′相和θ″/θ′相的析出長大。因而T6態(tài)下,在4＃合金(2196 alloy)中添加微量Ag,較含Mg不含Ag的5＃合金強度沒有提高。同時含Mg和Ag的4＃較單獨含Ag的6＃合金析出了更多的θ′相和T1相,這表明Mg的添加促進了θ′相和T1相的析出。
　　 (7)合金經(jīng)過T8處理后,硬度和強度均明顯高于T6狀態(tài)。峰值時效態(tài),幾種合金均析出大量尺寸細小、彌散的T1相,且T1相的體積分數(shù)均高于T6狀態(tài)。這是由于時效前引入預(yù)拉伸變形在