2195鋁鋰合金板材熱變形-淬火復(fù)合成形規(guī)律與強(qiáng)化機(jī)制.pdf

1、為滿足新一代運(yùn)載火箭發(fā)展要求，提高火箭的有效運(yùn)載能力，迫切需要實(shí)現(xiàn)箭體結(jié)構(gòu)零件輕量化。輕質(zhì)高強(qiáng)的鋁鋰合金具有廣泛的應(yīng)用前景。為解決鋁鋰合金薄壁零件常溫成形易開裂、回彈大以及成形后熱處理變形大的難題，本文提出了基于冷熱組合模的熱變形-淬火復(fù)合成形方法，將成形和熱處理相結(jié)合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)零件形狀和性能控制。本文以新一代箭體材料2195鋁鋰合金板材為主要研究對(duì)象，揭示固溶熱變形機(jī)理和高溫形變熱處理強(qiáng)化機(jī)制，探索不同冷熱模具淬火條件下的強(qiáng)化規(guī)律，為

2、實(shí)際工藝制定提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
　　通過熱拉伸試驗(yàn)研究了不同固溶溫度（460-540℃）和應(yīng)變速率（0.01-1s-1）條件下熱態(tài)力學(xué)性能，分析了拉伸變形過程中流動(dòng)應(yīng)力變化特征，建立了描述流動(dòng)應(yīng)力變化的本構(gòu)模型。通過熱態(tài)氣壓脹形試驗(yàn)，研究了氣壓加載速度對(duì)充分固溶后板材在雙拉應(yīng)力狀態(tài)下的變形行為的影響規(guī)律，分析了不同脹形階段的輪廓變化和壁厚分布規(guī)律，揭示了應(yīng)變強(qiáng)化和應(yīng)變速率強(qiáng)化對(duì)變形均勻性的調(diào)節(jié)機(jī)制。快速加壓條件下，應(yīng)變強(qiáng)化協(xié)

3、調(diào)能力明顯增強(qiáng)，使變形轉(zhuǎn)移到臨近變形抗力相對(duì)較小的區(qū)域，避免了集中變形。變形后期應(yīng)變速率的增加，進(jìn)一步促進(jìn)了應(yīng)變速率強(qiáng)化對(duì)均勻變形的調(diào)節(jié)作用。
　　通過SEM、EBSD、TEM分析測試方法，研究了不同固溶溫度和應(yīng)變速率下的熱變形組織演變規(guī)律，揭示了固溶熱變形微觀物理機(jī)制。變形機(jī)制主要為晶內(nèi)滑移，無晶粒異常長大。軟化機(jī)制主要取決于變形速度和變形程度，當(dāng)變形速度較快（1s-1）時(shí)，為動(dòng)態(tài)回復(fù)；變形速度較慢（0.01-0.1s-1）時(shí)，

4、變形前期的動(dòng)態(tài)回復(fù)能夠促進(jìn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生。斷裂機(jī)制則主要取決于固溶溫度，固溶溫度較低（460℃）時(shí)為微孔聚集型的穿晶斷裂；固溶溫度較高時(shí)為穿晶斷裂和沿晶斷裂的混合形式，且固溶溫度越高，沿晶斷裂比例越大。
　　通過完全固溶條件下的單向拉伸和氣壓脹形試驗(yàn)，研究了不同應(yīng)變速率（0.01-1s-1）和應(yīng)變（<0.68）下變形對(duì)時(shí)效強(qiáng)化的影響規(guī)律。固溶熱變形能夠促進(jìn)時(shí)效強(qiáng)化，硬度隨單拉應(yīng)力狀態(tài)變形增加而增加，隨雙拉應(yīng)力狀態(tài)變形先增加而后保持

5、不變。通過TEM表征了析出相及其分布規(guī)律，揭示了固溶熱變形對(duì)時(shí)效析出的促進(jìn)機(jī)制，表現(xiàn)為固溶熱變形導(dǎo)致位錯(cuò)和亞晶界形成，為T1相提供了更多的形核質(zhì)點(diǎn)，使其大量彌散析出，進(jìn)而促進(jìn)了時(shí)效強(qiáng)化。并且，促進(jìn)作用主要取決于變形程度，變形速度的影響相對(duì)較小。
　　通過熱變形-淬火復(fù)合成形實(shí)驗(yàn)，分析了U型截面和雙曲率截面試件的回彈規(guī)律，研究了不同冷熱模具組合條件下的強(qiáng)化規(guī)律，獲得了強(qiáng)化效果調(diào)控的模具溫度窗口。熱變形-淬火復(fù)合成形過程中，回彈顯著降