鋁鋰合金的相場模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文以鋁鋰合金為研究對象，基于微觀相場和連續(xù)介質(zhì)相場動力學(xué)方程，模擬計(jì)算研究了不同原子間相互作用勢下，不同成分合金中δ'相沉淀機(jī)制；采用透射電鏡研究了不同時效狀態(tài)下亞晶、T<,1>相和δ'相的形態(tài)、分布等微觀組織，采用掃描電鏡及半定量統(tǒng)計(jì)方法研究了不同熱處理工藝下細(xì)觀斷裂方式以及與宏觀力學(xué)性能關(guān)系。為我國新一代鋁鋰合金的開發(fā)和應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 亞穩(wěn)區(qū)合金δ'相沉淀機(jī)制以非經(jīng)典形核長大機(jī)制為主，具有

2、一定的失穩(wěn)機(jī)制特征；失穩(wěn)區(qū)合金首先形成大范圍的有序疇，而后發(fā)生失穩(wěn)分解，表現(xiàn)出一定的形核長大機(jī)制特征。過渡區(qū)合金同時表現(xiàn)出形核長大和失穩(wěn)分解兩種機(jī)制的特征。因此無論合金成分如何，δ'相的形成機(jī)制均為形核長大機(jī)制與失穩(wěn)分解機(jī)制的結(jié)合，隨Li含量升高，失穩(wěn)分解機(jī)制的特征逐漸加強(qiáng)。在整個成分范圍，包括平均場失穩(wěn)線上，δ'相沉淀機(jī)制的變化是漸進(jìn)的，未突變。改變原子間相互作用勢也不會引起沉淀機(jī)制的突變。增大原子間相互作用勢使δ'相沉淀機(jī)制向失穩(wěn)分

3、解機(jī)制偏移。 δ'相沉淀最初均經(jīng)或長或短的等成分有序化，并形成非化學(xué)計(jì)量比有序相，而后逐漸發(fā)展成化學(xué)計(jì)量比有序相。隨原子間相互作用勢增大，有序相界面厚度逐漸增大，但所占比例逐漸下降；臨界形核功逐漸減小，臨界晶核半徑先保持不變，而后增大；形核率先增后減；原子簇聚速度加快，非化學(xué)計(jì)量比有序相存在時間縮短。原子間相互作用勢對過渡區(qū)合金的影響比較大。 2090和2090+Ce合金中亞晶均為等軸狀；T<,1>相析出的孕育期比δ'相

4、的長很多。模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)觀測δ'相粗化規(guī)律相符，均為數(shù)量逐漸減少，尺寸長大。稀土元素Ce促進(jìn)T<,1>相和δ'相的析出，但抑制二者粗化，抑制亞晶長大。2090+Ce合金的微觀組織演化速度比2090合金慢。 隨時效溫度升高或時間延長，室溫拉伸斷裂方式從以韌窩開裂為主，逐漸變成以分層開裂為主，而后逐漸向沿亞晶界開裂過渡。不同預(yù)拉伸量下，斷裂韌性試樣斷口特征隨裂紋擴(kuò)展，逐漸由以韌窩為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑謱娱_裂為主，．最后轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)解理斷裂。預(yù)拉

5、伸量增大、時效溫度提高、或時間延長大，韌窩比例下降，分層開裂比例和準(zhǔn)解理比例逐步提高，分層厚度均逐間變薄。2090+Ce合金斷裂方式演化速度比2090合金要慢，與兩合金微觀組織演化速度的規(guī)律相對應(yīng)。時效過程中δ'相與T<,1>相的尺寸、數(shù)量、分布，沿晶穩(wěn)定相，晶界無沉淀帶等微觀組織對晶內(nèi)和晶界強(qiáng)度的不同作用是影響細(xì)觀斷裂方式最主要的因素。分層裂紋由于時效過程中晶界弱化，試樣中心在三向拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生首個裂紋，隨后在試樣四分之一處、八分之

6、一處……，不斷產(chǎn)生。分層開裂是微觀組織與外應(yīng)力共同作用的結(jié)果。 2090和2090+Ce鋁鋰合金在各時效狀態(tài)下，強(qiáng)度相當(dāng)。隨時效時間延長，合金強(qiáng)度先升后降。隨時效時間延長，2090合金延伸率先降后升。2090+Ce合金延伸率先略升再下降，與強(qiáng)度規(guī)律變化相似。2090+Ce合金的延伸率在各時效溫度和時間均高于2090合金的延伸率。隨著預(yù)拉伸量的增大，斷裂韌性下降，臨界裂紋長度略降。時效溫度高，斷裂韌性降幅增大。隨時效時間的延長，斷