2E12+Zr鋁合金的熱處理與微觀組織及力學(xué)性能研究.pdf

1、本論文研究了熱處理制度對2E12+Zr合金微觀組織和性能的影響。通過拉伸性能和疲勞性能測試，利用金相顯微鏡、透射電鏡(TEM)、以及掃描電鏡(SEM)觀察，得到的主要結(jié)論如下： (1)通過DTA實(shí)驗(yàn)，確定合金的過燒溫度是503℃。通過SEM觀察發(fā)現(xiàn)，難溶相主要是AlCu，AlCuMn及AlCuMg粒子。2E12+Zr合金經(jīng)500℃×40min固溶處理后的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及延伸率等達(dá)到最佳。 (2)自然時(shí)效后，GPB區(qū)是

2、合金的主要強(qiáng)化相。T3狀態(tài)比T4狀態(tài)具有更高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，而延伸率略有下降。這是由于預(yù)變形增加位錯，促進(jìn)GPB區(qū)析出的結(jié)果。 (3)人工時(shí)效后，S'相是合金的主要強(qiáng)化相。T6狀態(tài)在10h達(dá)到峰值，T8狀態(tài)的峰值時(shí)間提前2h，拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比T6工藝均提高40MPa左右，延伸率降低6個百分點(diǎn)。預(yù)變形導(dǎo)致合金中位錯密度增高，為S'相形核提供了更多位置，從而促進(jìn)S'相析出，提高合金強(qiáng)度。 (4)與2E12合金相比，

3、2E12+Zr合金自然時(shí)效后，合金的抗拉強(qiáng)度下降了約20～30MPa，屈服強(qiáng)度下降不多，而伸長率提高了4個百分點(diǎn)；人工時(shí)效至峰值時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度值較2E12合金的強(qiáng)度下降了約40～50MPa，屈服強(qiáng)度下降了約10～30MPa，而伸長率提高了2～5個百分點(diǎn)。這是因?yàn)槲⒘縕r的添加，降低了GPB區(qū)的形成，減少了亞穩(wěn)相S'相的析出數(shù)量，降低了時(shí)效硬化效果。 (5)在應(yīng)力比R=0.5時(shí)，2E12+Zr合金T3狀態(tài)具有較好的耐損傷疲勞性

4、能，在106循環(huán)周次下的疲勞強(qiáng)度σmax=280Mpa，高于T4狀態(tài)(σmax=270Mpa。缺口的存在降低了疲勞極限，Kt=3時(shí)的疲勞強(qiáng)度不及Kt=1時(shí)的一半。 (6)T3和T4兩種自然時(shí)效狀態(tài)下，2E12+Zr合金L-T方向的疲勞裂紋擴(kuò)展可分三個階段，當(dāng)R=0.5時(shí)，△K在5.5Mpa×m1/2以下時(shí)，為裂紋擴(kuò)展第Ⅰ階段；△K在5.5Mpa×m1/2～18Mpa×m1/2之間時(shí)，為裂紋擴(kuò)展第Ⅱ階段；當(dāng)△K大于18Mpa×m1

5、/2后，為裂紋擴(kuò)展的第Ⅲ階段。T3工藝在前兩個階段的曲線比較平緩，且進(jìn)入瞬間斷裂階段較緩慢，而T4工藝在前兩個階段的曲線傾斜較大，且迅速進(jìn)入瞬斷階段。 (7)2E12+Zr合金T3狀態(tài)，R=0.5時(shí)的裂紋擴(kuò)展速率曲線明顯位于R=0.1曲線之上，R=0.5時(shí)，合金的疲勞裂紋擴(kuò)展速度更快。R=0.1時(shí)，疲勞裂紋擴(kuò)展的三個階段分別在△K<7.3Mpa×m1/2時(shí)，為裂紋擴(kuò)展第I階段；△K在7.3Mpa×m1/2～30Mpa×m1/2之

6、間，為裂紋擴(kuò)展第Ⅱ階段；當(dāng)△K=30Mpa×m1/2時(shí)，da/dN為3.2×10-3mm/cycle，△K>30Mpa×m1/2為裂紋擴(kuò)展的第Ⅲ階段。 (8)T3狀態(tài)，2E12+Zr合金R=0.5和R=0.1時(shí)，L-T方向的疲勞裂紋擴(kuò)展速率都略低于T-L方向，但相差并不大，并且到裂紋擴(kuò)展后期這種差別進(jìn)一步縮小。 (9)T3狀態(tài)，R=0.5和R=0.1時(shí)，2E12+Zr合金的裂紋擴(kuò)展速率在疲勞裂紋的初始階段快于2E12合金