【摘要】：第三代鋁鋰合金作為一種新型鋁合金,由于其低密度、高強度、高剛度等優(yōu)良特性,被逐漸用來替代飛行器上傳統(tǒng)使用的2xxx系和7xxx系鋁合金,有利于實現(xiàn)飛行器結(jié)構(gòu)部件的輕量化,提高飛行器的運載能力,在航空航天領(lǐng)域顯示出廣闊的應用前景。然而,目前國內(nèi)外文獻中關(guān)于鋁鋰合金微觀組織與力學性能尤其是抗疲勞性能方面的研究依然不夠充分,直接影響了鋁鋰合金微觀組織與宏觀性能關(guān)系的建立,以及合金產(chǎn)品可靠性和使用壽命的評估。因此,有必要開展鋁鋰合金微觀組織演變與低周疲勞行為的相關(guān)研究。本文以噴射成形2195鋁鋰合金為研究對象,研究揭示了合金在熱擠壓及熱處理過程中的微觀組織演變規(guī)律,分析了材料在循環(huán)載荷作用下的變形行為并預測了低周疲勞壽命,并闡明了合金循環(huán)變形機理和疲勞斷裂模式。本研究主要工作及結(jié)論如下:(1)研究了合金微觀組織(包括晶粒形貌、第二相顆粒和晶體學織構(gòu))在熱擠壓及后續(xù)熱處理(包括固溶和時效處理)過程中的演變規(guī)律。噴射態(tài)合金晶粒呈等軸狀,沒有明顯織構(gòu)。對于擠壓態(tài)、固溶態(tài)和時效態(tài)合金,隨著擠壓板中心向邊部擴展,晶粒由條帶狀向等軸狀轉(zhuǎn)變,固溶處理會使晶粒尺寸增加,而時效處理對晶粒影響較小。擠壓板中心織構(gòu)類型為近軋制型織構(gòu),邊部織構(gòu)發(fā)生了旋轉(zhuǎn),熱處理對擠壓板織構(gòu)無明顯影響。Li與Cu元素對合金強化起著關(guān)鍵作用,合金內(nèi)Al-Cu相會在熱處理過程中回溶和重新析出,含F(xiàn)e顆粒一直穩(wěn)定存在。(2)對熱處理后合金的擠壓和垂直擠壓方向試樣進行了控制應變的低周疲勞試驗,獲得了材料的應力-應變滯回環(huán),導出了循環(huán)應力響應曲線,擬合得到了循環(huán)應力-應變關(guān)系,利用不同疲勞壽命模型對該合金的疲勞壽命進行了預測分析。隨總應變幅增加,合金起始周次和半壽命周次的滯回環(huán)面積逐漸增加。材料在低應變幅下以循環(huán)穩(wěn)定行為為主,高應變幅下以循環(huán)硬化行為為主。任一應變幅條件下,擠壓方向合金有著更高的循環(huán)應力幅,但與垂直方向合金的斷裂壽命相似。發(fā)現(xiàn)基于全應變能密度模型對該合金低周疲勞壽命有較好的預測效果。(3)對合金疲勞斷口進行觀察,對比了不同取向試樣在不同應變幅條件下的斷口形貌,探討了合金在加載過程中的疲勞裂紋萌生擴展及最終斷裂行為。發(fā)現(xiàn)低應變幅斷口有著典型的疲勞特征,而高應變幅斷口呈現(xiàn)出類似準靜態(tài)拉伸斷口的特征。對合金疲勞斷口附近的變形微觀組織進行觀察,對比了不同應變幅條件下微觀組織的演變情況。發(fā)現(xiàn)高應變幅條件下合金的變形程度和位錯密度明顯高于低應變幅合金。材料的循環(huán)硬化行為,與疲勞加載過程中移動位錯與(亞)晶界、第二相顆粒和演變位錯結(jié)構(gòu)(位錯環(huán)與位錯纏結(jié)等)的相互作用密切相關(guān)。
【圖文】：

本研究采用光學顯微鏡（ＯＭ，邋Ｏｌｙｍｐｕｓ邋ＧＸ５１）對不同狀態(tài)合金的晶粒和大顆逡逑粒第二相的尺寸和分布進行觀察。擠壓板上的金相樣品是從板材中心至邊部的逡逑１／８－７／８處選取，樣品位置如圖２－ｌ（ｄ）所示。樣品經(jīng)過ＳｉＣ砂紙和金剛石拋光液磨逡逑拋后，，采用邋Ｋｅｌｌｅｒ邋試劑（２＿５邋ｍｌＨＮ０３，邋１．５邋ｍｌ邋ＨＣ１，邋１邋ｍｌ邋ＨＦ邋和邋９５邋ｍｌ邋Ｈ２０）浸蘸逡逑樣品表面１０－３０邋ｓ進行化學腐蝕。逡逑采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ，ＪＳＭ－７６１０Ｆ），在背散射電子模式下，對逡逑合金內(nèi)大顆粒第二相的尺寸和形貌進行觀察，并運用ＳＥＭ上配備的能譜儀（ＥＤＳ）逡逑對第二相顆粒的成分進行半定量分析。ＳＥＭ樣品的制備方法與上述ＯＭ樣品相同

（ｅ－ｈ）對顆粒Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｄ的ＥＤＳ點測結(jié)果逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｓｐｒａｙ－ｆｏｒｍｅｄ邋ａｌｌｏｙ：邋（ａ－ｂ）邋ＯＭ邋ｍｉｃｒｏｓｌｒｕｃｔｕｒｅ；邋（ｃ－ｄ）邋ＳＥＭ邋ｍｉｃｒｏ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：逡逑（ｅ－ｈ）邋ＥＤＳ邋ｓｐｏｔ邋ｓｃａｎ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｆｏｒ邋ｐａｒｔｉｃｌｅ邋Ａ．邋Ｂ．邋Ｃ邋ａｎｄ邋Ｄ．逡逑為進一步確定大顆粒第二相的分布情況和成分，米用ＳＥＭ在背散射電子模式逡逑下對噴射態(tài)２１９５鋁合金的微觀組織繼續(xù)觀察。圖２－２（ｃ）和（ｄ）分別給出了低倍和高逡逑１２逡逑
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG146.21;TG376.2;V252.2

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本文編號：2619600