2297-T87铝锂合金厚板各向异性和疲劳性能研究

发布时间：2020-05-06 12:17

【摘要】：2297铝锂合金是20世纪末由美国研制成功的第三代铝锂合金,该合金具有中等强度和较高的损伤容限性,在航空航天领域的主要产品形式为厚板,热处理状态为T87。随着Li元素的加入,铝合金在获得良好力学性能的同时也出现了显著的各向异性,主要体现在力学性能的各向异性以及厚板不同厚度层的组织不均匀性,严重阻碍了铝锂合金的发展应用。因此需要对相关问题进行深入研究,探明其影响因素并寻求改善各向异性的方法,为工业化应用提供理论支持。本文以2297铝锂合金为研究对象,采用金相(OM)、电子衍射背散射(EBSD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和室温拉伸力学性能测试等检测方法研究了 2297铝锂合金厚板组织的不均匀性、力学性能的各向异性和疲劳性能。并探明了影响其各向异性的因素。主要研究结果如下:(1)45mm、85mm和95mm2297-T87铝锂合金厚板中心位置处均以S织构为主,其中45mm厚板中心处还存在再结晶织构;在1/4厚度层,1/2宽度处,85mm和95mm厚板以再结晶织构为主,45mm厚板在该处以剪切织构为主;在1/2厚度层,1/2宽度处,85mm和95mm厚板以剪切织构为主,45mm厚板在该处以黄铜织构为主。(2)95mm2297-T87铝锂合金厚板的1/4厚度层处,L向、LT向和45°方向断裂方式为以塑性沿晶断裂为主,ST方向以脆性断裂为主。力学性能各向异性表现规律为:LT方向强度最高,L方向次之,ST方向强度最低,45°方向与L方向差别不大,稍低于L方向;L方向和45°方向延伸率最高,LT方向次之,ST方向延伸率最低。(3)对于95mm2297-T87铝锂合金,随着循环应力水平提高,疲劳循环周次显著降低;相同循环应力水平时,随着温度上升,疲劳循环周次显著降低。相同温度、相同载荷强度时,不同方向的疲劳性能具有较大差异:LT方向疲劳性能最好,ST方向次之,L方向最差。(4)95mm2297-T87铝锂合金厚板疲劳裂纹源主要出现在试样表面、近表面的夹杂物和晶界处;裂纹扩展过程中,LT向裂纹扩展路径较L向更曲折,ST向具有典型的解理特征;瞬断区形貌与静态拉伸相似,L向、LT向属于以塑性断裂为主,ST向以脆性断裂为主。
【图文】：

当析出相与基体的位向关系、惯习面以及晶体结构不同时，其滑移系的逡逑数量便会不一样，晶体的变形机制有差异，从而使材料宏观性能不一致。逡逑图１．２是Ａｌ－Ｌｉ二元合金相图，由相图可以看出，该二元系合金析出相的析逡逑出序列为：过饱和固溶体—亚稳相Ｓ＇（Ａｌ３Ｌｉ）—平衡相Ｓ（ＡｌＬｉ）［２ＧＩ。在６００°Ｃ时，在逡逑富铝端发生了共晶反应，生成了富铝的ａ固溶体和５相。锂的固溶度也由１０（ＴＣ逡逑的１％增加到６００°Ｃ的４％。固溶、淬火后，组织中存在大量过饱和空位和Ｌｉ原子逡逑结合成Ｌｉ原子－空位团簇，当该复合体迁移至亚稳相附近时，亚稳相吸收其中逡逑的Ｌｉ原子继续长大，随着时效的进行，过饱和空位向晶界或其他等缺陷处移动，逡逑浓度降低直至保持平衡，在过时效阶段，Ｓ平衡相从晶界处或者基体中析出。逡逑在Ａｌ－Ｌｉ二元合金中，主要强化相是与基体完全共格的Ｓ＇亚稳相。但是因为逡逑其与基体是完全共格关系

法检测其织构强度和不同厚板之间的织构差异并探讨造成这一差异的原因。逡逑３．１邋４５ｍｍ厚板不同部位晶粒形态和极图分析逡逑图３．１所示为２２９７－Ｔ８７合金４５ｍｍ厚板不同部位的金相腐蚀照片。逡逑，邋－逡逑，，逡逑ｃ邋ｓＷＷＷＭ逡逑域４＿，丨、，，１１逡逑（ａ：邋Ｄ／２，邋Ｗ／２邋处；ｂ：逦Ｄ／４，邋Ｗ／２邋处；ｃ：逦Ｄ／２，邋Ｗ／４）逡逑图３．１邋２２９７－Ｔ８７合金４５ｍｍ厚板不同部位处金相组织逡逑１９逡逑
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21

【参考文献】

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本文编号：2651241