2099合金热变形行为及形变热处理研究

发布时间：2018-05-30 01:39

  本文选题：2099合金 + 热变形行为　； 参考：《北京科技大学》2015年博士论文

【摘要】：2099合金属于第三代Al-Li合金,由Alcoa公司成功研发,2006年正式列入SAE AMS4287A标准。由于2099合金具有低密度、高比强度和比刚度、良好的焊接和耐蚀性能、优异的耐低温和热稳定性、以及低各向异性等优势,该合金已经大量应用于A380和A350客机的结构件,也是我国在研大飞机项目拟用高性能材料之一的主要原因。目前,有关2099合金热变形行为方面的研究尚且没有相关报道,对于其形变热处理方面的论述也为数不多,而热加工工艺和形变热处理工艺是2099合金在工业试制过程中急需解决的关键性问题,对该合金最终实现商业化生产以及国产商用大飞机的尽早推出具有现实意义。 本文依托国家科研项目"2099Al-Li合金型材研制”,采用Gleeble热模拟试验、差热分析(DSC)、光学金相(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度测试(HV)以及力学性能测试等技术手段,围绕Al-Li合金型材加工制备技术的几个重要环节,从热变形行为、热加工工艺以及形变热处理工艺等方面开展了相关基础研究,并得到以下主要结论： (1)利用摩擦-温度修正后的热压缩试验数据求解了不同应变条件下的材料常数,并构建了2099合金的本构模型；验证结果显示,该模型能够很好的预测2099合金的热变形流变规律。变形温度和应变速率对流变应力的影响高度显著,三者间的关系可用包含双曲正弦关系的Z参数进行表征。 (2)随着变形温度升高、应变速率降低以及变形量增加,2099合金组织演化规律表现为：高密度的位错缠结→借助位错的攀移和滑移实现多边形化→通过亚晶迁移或亚晶合并形核发生动态再结晶。动态软化机制条件与类型：当lnZ≥35.5、T≥380℃时,以螺型位错的交滑移为主要变形机制；当1nZ37.4、T≥340℃时,动态软化主要由位错的交滑移和攀移以及三维位错网脱缠等变形机制共同控制。动态再结晶开始的临界条件为：lnZ≤35.1、T≥420℃。当420℃T≤500℃时,以重复形核为主要特征；当T≥500℃时,以重复形核+有限长大为主要特征。动态再结晶的形核机制主要以亚晶迁移和亚晶合并协同作用,并随着温度升高和应变速率降低亚晶合并机制得到强化。 (3)构建了基于DMM模型的热加工图,合金的安全加工区主要位于300～420℃、0.025～1s-1和420～500℃、0.001～0.562s-1范围内,组织演化机制以动态回复和动态再结晶为主；而失稳区位于300～500℃、0.562～10s-1和300～420℃、0.001-0.02s-1范围内,组织演化特征为局部流变、局部流变+局部剪切。合金的热变形工艺优化为：1)在380～420℃、0.025～1s-1范围内,η值为0.24-0.3,对应的组织演化机制为动态回复；2)在420～500℃、0.001～0.562s-1范围内,η值为0.3～0.35,相应的组织演化机制为动态再结晶。 (4)基于外加有效载荷与非平衡共晶熔点构建了2099合金的挤压极限图。合金最佳的挤压温度区间为410～460℃,当挤压比分别为29和48时,挤压速度可分别在不超过8mm/s和4mm/s范围选取,均可获得表面质量合格的挤压型材。随着挤压温度升高和挤压速度增大,型材边角部位的粗晶层拓宽。在440℃和2.5mm/s条件下挤压,型材的强塑积达3365MPa%,对应的韧性水平最佳。采用交互正交试验(7因素、3水平、2交互作用)分析,给出2099合金最佳形变热处理工艺：A2B1C3D3E3F3G2,相应的力性指标分别为：Rm=555MPa, Rp0.2=531MPa、A25mm=8.6%。 (5)随着固溶/预固溶温度的升高,型材的固溶效果得到明显改善并伴有再结晶发生,在实现时效动力学增强同时合金的强度与塑性指标略有降低。预变形量的增大缩短了峰时效所需的时间,提高了峰时效态的强度指标,促进了晶界析出相的细化,T1相通过消耗δ'相和θ相来实现进一步的析出长大。终时效温度升高同样缩短了峰时效所需的时间,在158℃保温42h合金的强度指标最大；终时效时间的延长强化相依次经历了δ'相为主,较少T1相(欠时效)→T1相为主,δ'相次之,少量口相(峰时效)→T1相和δ'相略有粗化,且δ'相减少(过时效)。
[Abstract]:The 2099 alloy , which belongs to the third generation Al - Li alloy , has been successfully developed by alcoa Inc . in 2006 . The alloy has been widely used in structural members of A380 and A350 passenger aircraft due to its low density , high specific strength and specific rigidity , excellent welding and corrosion resistance , excellent low temperature resistance and thermal stability , and low anisotropy .

Based on the national scientific research project " Development of 2099Al - Li alloy profile " , this paper adopts Gleeble heat simulation test , differential thermal analysis ( DSC ) , optical metallography ( OM ) , scanning electron microscope ( SEM ) , transmission electron microscope ( TEM ) , microhardness test ( HV ) and mechanical property test .

( 1 ) the material constants under different strain conditions are solved by using the thermal compression test data after the friction - temperature correction , and the constitutive model of the 2099 alloy is constructed ;
The results show that the model can predict the thermal deformation behavior of 2099 alloy . The influence of deformation temperature and strain rate on the rheological stress is highly significant , and the relationship among them can be characterized by Z parameter including hyperbolic sine relationship .

( 2 ) With the increase of deformation temperature , the decrease of strain rate and the increase of deformation quantity , the evolution law of 2099 alloy has been shown as follows : dislocation entanglement of high density 鈫，

本文编号：1953355