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(kuò)展速率低,耐蝕性良好等優(yōu)點(diǎn),已用在A380客機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件；而2196合金屬于Alcan公司開(kāi)發(fā)的Weldalite049系合金,具有較高的強(qiáng)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(jī)機(jī)身面板及機(jī)翼橫梁等的主結(jié)構(gòu)件,也已用作A380客機(jī)的機(jī)翼和機(jī)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(jiàn)詳細(xì)報(bào)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(duì)合金未來(lái)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(cè)量,力學(xué)性能測(cè)試等方法,詳細(xì)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(shí)效處理后,無(wú)論其是在T6單級(jí)或雙級(jí)還是在T8狀態(tài)下,合金的抗拉強(qiáng)度均隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加,到達(dá)一定的時(shí)間后達(dá)到峰值,隨后進(jìn)入過(guò)時(shí)效階段,強(qiáng)度緩慢降低,延伸率則隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)降低。兩種合金時(shí)效前的預(yù)拉伸變形抑制了δ'相的粗化,促進(jìn)了T1相的形核析出,加強(qiáng)了T1相的沉淀強(qiáng)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(jí)和

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

5、Mpa,σ0.2=601Mpa,δ=6.1％。
　　 (3)2196合金T6態(tài)單級(jí)時(shí)效最佳的時(shí)效制度為540℃×40min固溶,175℃×40h時(shí)效,σb=655Mpa,σ0.2=603Mpa,δ=7.6％；T6雙級(jí)時(shí)效處理適當(dāng)?shù)墓に嚍?40℃×40min固溶,120℃×24h+163℃×56h時(shí)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(shí)效,σb=705Mpa,σ0.2=684Mpa,δ=5.1％。
　　 (4)T6雙級(jí)時(shí)效工藝條件下,2099合金較T6單級(jí)處理,強(qiáng)度有所增加,并且延伸率也有一定的提高；2196合金T6單級(jí)處理相比,強(qiáng)度減小,但降幅不大,且延伸率得到極大提高。
　　 (5)T6單級(jí)峰時(shí)效條件下,含Mg不含Zn的2＃合金較同時(shí)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(jìn)了θ′相的析出,而Zn促進(jìn)了T1相的形核析出。同時(shí)含Mg和Zn的1＃合金時(shí)效強(qiáng)化效果明顯較其他兩種合金好,Mg和Zn分別在促進(jìn)θ′相和T1相析出的同時(shí),Mg與Zn之間產(chǎn)生交互作用抑制了δ′相的長(zhǎng)大粗化。
　　 (6)T6單級(jí)時(shí)效工藝情況下,同時(shí)含Mg和Ag的4＃較單獨(dú)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(qiáng)化相,T1相很少,并不是主要的強(qiáng)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(zhǎng)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(qiáng)度沒(méi)有提高。同時(shí)含Mg和Ag的4＃較單獨(dú)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(jìn)了θ′相和T1相的析出。
　　 (7)合金經(jīng)過(guò)T8處理后,硬度和強(qiáng)度均明顯高于T6狀態(tài)。峰值時(shí)效態(tài),幾種合金均析出大量尺寸細(xì)小、彌散的T1相,且T1相的體積分?jǐn)?shù)均高于T6狀態(tài)。這是由于時(shí)效前引入預(yù)拉伸變形在