Al-Cu-Li合金形變熱處理過程中析出相演變規(guī)律及力學性能研究.pdf

1、本文以Al-Cu-Li合金板材為研究對象，采用透射電子顯微鏡(TEM)、高角環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡(HADDF-STEM)等微觀組織表征技術，以及室溫拉伸試驗等力學性能測試手段，系統(tǒng)研究了不同預變形方式（即預拉伸和大變形軋制）對時效態(tài)Al-Cu-Li合金的微觀組織和力學性能的影響，以及合金在不同時效溫度條件下析出相的演變規(guī)律。本研究還通過對時效態(tài) Al-Cu-Li合金進行原子級別的表征來研究析出相的結(jié)構、分布以及T1相的形成機制。<

2、br>　　本研究主要內(nèi)容包括：①未經(jīng)預變形的樣品在時效處理后，析出相以大尺寸的T1相和θ'相為主；而經(jīng)預拉伸的樣品在時效處理后，T1相的析出明顯增多，θ'相的析出明顯減少，此時析出相以細小彌散的T1相為主。此外，經(jīng)定量統(tǒng)計，預拉伸變形量越大，作為主要析出相的盤片狀T1相的直徑越小，但厚度及體積分數(shù)幾乎保持不變。力學性能測試結(jié)果表明，隨著預拉伸變形量的增大，峰值時效態(tài)合金的屈服強度和抗拉強度升高，塑性降低。通過對不同預拉伸變形量的樣品在峰

3、值時效態(tài)的主要強化機制的定量分析可知，預拉伸變形量越大，位錯強化效果越大，而T1相的析出強化效果越小。②相較于經(jīng)預拉伸處理的樣品，在液氮溫度下大變形軋制的樣品經(jīng)時效后，屈服強度明顯升高，塑性幾乎保持不變；而在室溫下大變形軋制的樣品經(jīng)時效后，屈服強度和塑性均無明顯優(yōu)勢。在液氮溫度軋制過程中，位錯的運動會受到明顯地抑制，使得基體中存在數(shù)量相對較多的位錯，加大了位錯強化效果；同時，大量位錯可作為T1相的優(yōu)先形核點，導致時效過程中有大量細小彌散

4、的T1相在基體中均勻析出，增強了析出強化效果，由此得到較優(yōu)的綜合力學性能。③表征了Al-Cu-Li合金在不同時效溫度下（120、160和200 oC）時效過程中第二相的析出演變情況，并結(jié)合表征結(jié)果對時效過程中各時效階段的演變機制進行了探討。結(jié)果表明，Al-Cu-Li合金在不同溫度的時效過程中析出相種類相同，即為T1相、GP區(qū)/θ'相、δ'相和χ相(Al5Cu6Li2)；然而析出相的相對數(shù)量及分布會隨時效溫度的不同而存在明顯差異。在時效初

5、期，時效溫度為120 oC時，大量細小彌散的δ'相在基體中均勻析出；而時效溫度為160和200 oC時，有少量粗大的δ'相在基體中析出，并有部分T1相在位錯處析出。在峰值時效階段，時效溫度為120 oC時，合金的主要析出相為GP區(qū)/θ'相、δ'相和χ相(Al5Cu6Li2)；而時效溫度為160和200 oC時，合金的主要析出相為T1相。此外，合金在200 oC溫度下時效時，會快速進入過時效態(tài)，此時第二相厚度明顯增大。④采用HAADF-S

6、TEM表征技術對時效態(tài)Al-Cu-Li合金中眾多析出相的結(jié)構及分布進行原子級別的表征發(fā)現(xiàn)：δ'相在平直的θ'相兩側(cè)的析出存在兩種共生關系，即“反相”(anti-phase)和“同相”(in-phase)關系，共生關系的選擇與θ'相的厚度有關；T1相易于在晶界處析出，且T1相在晶界處的析出存在變體選擇，其中慣習面最接近晶界面的 T1相變體更易于在晶界處析出；存在T1相的前驅(qū)相，結(jié)合表征結(jié)果建立前驅(qū)相的結(jié)構模型，并使用第一性原理計算驗證了其