Ag、Mg、Er對Al-Cu-Mg-Ag合金原子團簇形成、演變及力學性能的影響.pdf

1、Al-Cu-Mg合金因較高的強度、較好的耐熱性能以及優(yōu)異的抗疲勞損傷性能，廣泛應用于航空航天領域。添加微量的Ag元素將促進Al-Cu-Mg合金{111}α面上析出均勻彌散的耐熱Ω相，從而進一步提高Al-Cu-Mg合金的強度和耐熱性能。本學位論文通過室溫/高溫力學性能測試、維氏硬度測試、高溫蠕變性能測試和疲勞裂紋擴展速率(FCP)測試，并借助金相、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)及三維原子探針(3DAP)等分析手段，詳細研究了不同熱

2、處理狀態(tài)、不同元素含量的變化及外加應力等因素對Al-Cu-Mg-Ag合金微觀組織中原子團簇及析出相形成、演變過程及力學性能的作用規(guī)律，得出以下結論:
　　(1)170℃×0.5h態(tài)2524合金疲勞裂紋尖端塑性變形區(qū)內微觀組織的TEM和3DAP分析表明大尺寸的原子團簇在裂紋尖端小范圍強塑性變形的作用下發(fā)生溶解。
　　(2) T351態(tài)2524合金在150℃的時效硬化效應要強于相應的170℃×0.5h態(tài);添加0.54Ag明顯加快

3、未預變形2524合金的時效硬化速率，而預變形抑制2524+Ag合金中Ω相的析出，降低了時效響應速率。170℃×0.5h態(tài)2524及2524+Ag合金均表現出比相應T351態(tài)更優(yōu)異的抗疲勞損傷性能，這是因為人工欠時效促進合金中大尺寸原子團簇的形成;而150℃長時間時效500h顯著降低兩種合金T351和170℃×0.5h態(tài)的疲勞裂紋擴展抗力。
　　(3)首次完成不同Mg含量Al-Cu-Mg-Ag合金在165℃時效初期不同原子團簇的3D

4、AP定量分析，發(fā)現隨著Mg含量的增加，合金微觀組織的特征從富含小尺寸原子團簇逐漸向大尺寸GPB區(qū)轉變。時效初期Ω相的數量密度隨著Mg含量的增加呈現出先上升后下降的變化過程，0.81Mg合金中Ω相的數量密度最高(10.67×1022no./m3)，且1.18Mg合金中Ω相的數量密度(8.1×1022no./m3)也明顯高于0.39Mg合金(5.39×1022no./m3)。3DAP定量分析表明Ω相的形核受到Mg-Ag原子團簇的數量密度以及

5、Ω相與其他析出相、原子團簇之間競爭關系的共同作用。三種合金165℃時效5min-2h的析出過程可依次概括為:
　　0.39Mg合金:SSS→G.P區(qū)+Mg-Ag原子團簇→G.P區(qū)+Mg-Ag原子團簇+θ'相→G.P區(qū)+θ'相+Ω相;
　　0.81Mg合金:SSS→G.P區(qū)+Mg-Ag/Cu-Mg原子團簇→G.P區(qū)+Mg-Ag/Cu-Mg原子團簇+GPB區(qū)→G.P區(qū)+Cu-Mg原子團簇+GPB區(qū)+Ω相;
　　1.18Mg

6、合金:SSS→Mg-Ag/Cu-Mg原子團簇+GPB區(qū)→Mg-Ag/Cu-Mg原子團簇+大尺寸GPB區(qū)→Cu-Mg原子團簇+GPB區(qū)+Ω相。
　　(4)通過TEM和3DAP定量分析首次確認Ag含量的增加可以提高Al-Cu-Mg-Ag合金中Ω相的形核率和數量密度，從而改善合金的室溫/高溫力學性能。200℃熱暴露微觀組織的TEM定量分析表明Ag含量的增加可以提高Ω相的粗化抗力，這主要源于Mg-Ag原子偏聚層中Ag原子的不斷富集可以提高

7、其界面結構的穩(wěn)定性，降低了偏聚層的遷移速率，延緩了臺階的形成，從而限制Ω相的增厚。
　　(5)200℃×240MPa條件下高溫蠕變后欠時效態(tài)Al-Cu-Mg-Ag合金中Ω相的取向性分布表明應力對Ω相析出行為的影響不僅僅作用于形核階段，也作用于其長大、粗化過程。HRTEM觀察首次確認應力誘導Ω相的加速粗化現象源于外加拉應力顯著促進粗化臺階在Ω相寬面上的形核。3DAP分析迸一步表明Ag含量的增加可以延緩拉應力對臺階形核的促進作用，從而