X2A66铝锂合金固态相变及微观组织演变规律的研究

发布时间：2017-08-13 04:37

  本文关键词：X2A66铝锂合金固态相变及微观组织演变规律的研究

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【摘要】：X2A66铝锂合金是我国自主研发的第四代新型铝锂合金,其具有密度低、比强度高、成型性好等优点,适宜制造飞机整体壁板结构,能够实现材料自身减重和结构设计减重的双重减重目标,并且具有结构整体性好、静强度高等优点,符合未来航空航天技术的发展趋势,具有广阔的应用前景。研究该合金的热处理工艺对其组织与性能的影响规律,从而充分挖掘其潜在的性能,可进一步推动其在航空航天领域中的应用。采用硬度测试、电导率测试、金相显微镜观察、室温拉伸性能测试、DSC、SEM、XRD以及TEM等分析测试方法,研究X2A66铝锂合金在不同热处理工艺下的硬化行为、室温拉伸力学性能及其微观组织变化规律,优化出了合理的热处理制度,探究了该合金在时效过程中沉淀析出相的动态析出行为及其演变规律。固溶处理研究表明,在460~520℃和40~80min范围内,随着固溶温度的升高和固溶时间的延长,X2A66铝锂合金中粗大的第二相粒子逐渐回溶进入合金基体中,固溶效果增强。但是,随着固溶温度的进一步提高或者固溶时间的进一步延长,合金晶粒将变得粗大甚至发生再结晶,合金的强度逐渐降低。实验中所得X2A66铝锂合金最佳的固溶热处理制度为520℃/80min。通过对X2A66铝锂合金时效行为的研究发现,该合金固溶处理后室温放置具有很强的自然时效特性。自然时效初期合金的硬度上升很快,22h后硬度便由初始态的84.5HV升至132.4HV,之后合金硬度缓慢上升;一周之后进入稳定状态,硬度可达140.3HV。X2A66铝锂合金自然时效至稳定状态时的主要析出强化相为GP区、δ’相以及少量的鱼眼状的δ’/β’复合相粒子。合金单级时效研究表明,X2A66铝锂合金在165℃下时效72h能够获得最高的硬度和强度,其屈服强度为549.1MPa,而抗拉强度则达到了598.8MPa,但是延伸率仅为6.8%。165℃人工时效初期的主要强化来源为GP区、δ’相以及少量的δ’/β’复合相,而时效中期和后期的主要强化相为θ’相、T1相和少量的σ相。不同温度单级峰时效状态下合金基体内的析出相种类基本一样,在185℃高温时效时,出现了宽度高达100nm左右的晶界无沉淀析出带(PFZ),其能够导致合金断裂韧性下降,对合金的力学性能造成非常不利的影响。合金双级时效研究表明,采用165℃/48h+130℃/24h先高温后低温的双级时效工艺,可使合金在强度大幅度提高的同时也具有较好的塑性,其屈服强度为525.5MPa,抗拉强度为581.9MPa,而延伸率为7.9%,达到了良好的强塑性匹配。合金双级时效处理后的主要析出强化相仍为θ’相、T1相和少量的σ相,但是T1相的尺寸大小不一,且相对细小,数量明显增多。合金回归再时效研究表明,采用165℃/32h+225℃/40min+165℃/24h的RRA工艺处理后合金的主要析出强化相与其他时效制度基本无异,但是,沿合金的晶界断续分布着大量尺寸较小的针状和板条状的析出相,这种晶界析出相的不连续分布破坏了晶界的连续性,能够大大提高合金的抗腐蚀性能。经此制度处理后的X2A66铝锂合金挤压板材,其屈服强度为514.3MPa,抗拉强度为569.0MPa,延伸率为7.1%。
【关键词】：X2A66铝锂合金 固溶 时效 析出相 组织演变
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 铝锂合金的发展概况11-13
• 1.2.1 国外铝锂合金发展与应用11-12
• 1.2.2 国内铝锂合金发展与应用12-13
• 1.3 合金元素在铝锂合金中的作用13-15
• 1.4 铝锂合金中的主要析出相15-17
• 1.5 铝锂合金的热处理工艺17-20
• 1.5.1 均匀化处理18
• 1.5.2 固溶处理18-19
• 1.5.3 时效处理19-20
• 1.6 本课题研究的背景20-22
• 1.7 本课题研究的目的和内容22-24
• 第2章 实验材料及方法24-32
• 2.1 实验材料24-25
• 2.2 实验方案25-28
• 2.2.1 固溶25
• 2.2.2 时效25-28
• 2.3 性能测试28-30
• 2.3.1 DSC测试28-29
• 2.3.2 硬度测试29
• 2.3.3 电导率测试29
• 2.3.4 室温拉伸性能测试29-30
• 2.4 组织观察30-32
• 2.4.1 金相组织观察30
• 2.4.2 X射线物相分析30
• 2.4.3 扫描电镜观察30
• 2.4.4 透射电镜观察30-32
• 第3章 X2A66铝锂合金热处理工艺研究32-54
• 3.1 X2A66铝锂合金固溶制度的制定32-40
• 3.1.1 固溶温度对合金组织与性能的影响32-36
• 3.1.2 固溶时间对合金组织与性能的影响36-39
• 3.1.3 合金中残留颗粒相的EDS能谱分析39-40
• 3.2 X2A66铝锂合金时效制度的制定40-49
• 3.2.1 单级时效合金的硬化曲线40-42
• 3.2.2 双级时效合金的硬化曲线42-45
• 3.2.3 回归再时效合金的硬化曲线45-46
• 3.2.4 不同时效制度下合金的力学性能46-47
• 3.2.5 不同时效制度下合金的拉伸断口分析47-49
• 3.3 结果分析与讨论49-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第4章 X2A66铝锂合金时效过程中主要析出相的演变54-68
• 4.1 合金自然时效过程显微组织分析54-56
• 4.2 165℃人工时效过程中合金显微组织分析56-60
• 4.2.1 合金的XRD物相分析57
• 4.2.2 165℃人工时效下合金的TEM分析57-60
• 4.3 不同时效条件下合金的TEM分析60-64
• 4.3.1 单级时效合金TEM分析60-62
• 4.3.2 双级时效合金TEM分析62-63
• 4.3.3 回归再时效合金TEM分析63-64
• 4.4 合金时效析出强化机理分析64-66
• 4.4.1 自然时效析出强化机理64-65
• 4.4.2 人工时效析出强化机理65-66
• 4.5 本章小结66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文74-76
• 致谢76

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本文编号：665447