本文選題：2099合金 + 熱變形行為　； 參考：《北京科技大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：2099合金屬于第三代Al-Li合金,由Alcoa公司成功研發(fā),2006年正式列入SAE AMS4287A標(biāo)準(zhǔn)。由于2099合金具有低密度、高比強(qiáng)度和比剛度、良好的焊接和耐蝕性能、優(yōu)異的耐低溫和熱穩(wěn)定性、以及低各向異性等優(yōu)勢,該合金已經(jīng)大量應(yīng)用于A380和A350客機(jī)的結(jié)構(gòu)件,也是我國在研大飛機(jī)項(xiàng)目擬用高性能材料之一的主要原因。目前,有關(guān)2099合金熱變形行為方面的研究尚且沒有相關(guān)報(bào)道,對于其形變熱處理方面的論述也為數(shù)不多,而熱加工工藝和形變熱處理工藝是2099合金在工業(yè)試制過程中急需解決的關(guān)鍵性問題,對該合金最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)以及國產(chǎn)商用大飛機(jī)的盡早推出具有現(xiàn)實(shí)意義。 本文依托國家科研項(xiàng)目"2099Al-Li合金型材研制”,采用Gleeble熱模擬試驗(yàn)、差熱分析(DSC)、光學(xué)金相(OM)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、顯微硬度測試(HV)以及力學(xué)性能測試等技術(shù)手段,圍繞Al-Li合金型材加工制備技術(shù)的幾個(gè)重要環(huán)節(jié),從熱變形行為、熱加工工藝以及形變熱處理工藝等方面開展了相關(guān)基礎(chǔ)研究,并得到以下主要結(jié)論： (1)利用摩擦-溫度修正后的熱壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)求解了不同應(yīng)變條件下的材料常數(shù),并構(gòu)建了2099合金的本構(gòu)模型；驗(yàn)證結(jié)果顯示,該模型能夠很好的預(yù)測2099合金的熱變形流變規(guī)律。變形溫度和應(yīng)變速率對流變應(yīng)力的影響高度顯著,三者間的關(guān)系可用包含雙曲正弦關(guān)系的Z參數(shù)進(jìn)行表征。 (2)隨著變形溫度升高、應(yīng)變速率降低以及變形量增加,2099合金組織演化規(guī)律表現(xiàn)為：高密度的位錯(cuò)纏結(jié)→借助位錯(cuò)的攀移和滑移實(shí)現(xiàn)多邊形化→通過亞晶遷移或亞晶合并形核發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。動(dòng)態(tài)軟化機(jī)制條件與類型：當(dāng)lnZ≥35.5、T≥380℃時(shí),以螺型位錯(cuò)的交滑移為主要變形機(jī)制；當(dāng)1nZ37.4、T≥340℃時(shí),動(dòng)態(tài)軟化主要由位錯(cuò)的交滑移和攀移以及三維位錯(cuò)網(wǎng)脫纏等變形機(jī)制共同控制。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開始的臨界條件為：lnZ≤35.1、T≥420℃。當(dāng)420℃T≤500℃時(shí),以重復(fù)形核為主要特征；當(dāng)T≥500℃時(shí),以重復(fù)形核+有限長大為主要特征。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的形核機(jī)制主要以亞晶遷移和亞晶合并協(xié)同作用,并隨著溫度升高和應(yīng)變速率降低亞晶合并機(jī)制得到強(qiáng)化。 (3)構(gòu)建了基于DMM模型的熱加工圖,合金的安全加工區(qū)主要位于300～420℃、0.025～1s-1和420～500℃、0.001～0.562s-1范圍內(nèi),組織演化機(jī)制以動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶為主；而失穩(wěn)區(qū)位于300～500℃、0.562～10s-1和300～420℃、0.001-0.02s-1范圍內(nèi),組織演化特征為局部流變、局部流變+局部剪切。合金的熱變形工藝優(yōu)化為：1)在380～420℃、0.025～1s-1范圍內(nèi),η值為0.24-0.3,對應(yīng)的組織演化機(jī)制為動(dòng)態(tài)回復(fù)；2)在420～500℃、0.001～0.562s-1范圍內(nèi),η值為0.3～0.35,相應(yīng)的組織演化機(jī)制為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。 (4)基于外加有效載荷與非平衡共晶熔點(diǎn)構(gòu)建了2099合金的擠壓極限圖。合金最佳的擠壓溫度區(qū)間為410～460℃,當(dāng)擠壓比分別為29和48時(shí),擠壓速度可分別在不超過8mm/s和4mm/s范圍選取,均可獲得表面質(zhì)量合格的擠壓型材。隨著擠壓溫度升高和擠壓速度增大,型材邊角部位的粗晶層拓寬。在440℃和2.5mm/s條件下擠壓,型材的強(qiáng)塑積達(dá)3365MPa%,對應(yīng)的韌性水平最佳。采用交互正交試驗(yàn)(7因素、3水平、2交互作用)分析,給出2099合金最佳形變熱處理工藝：A2B1C3D3E3F3G2,相應(yīng)的力性指標(biāo)分別為：Rm=555MPa, Rp0.2=531MPa、A25mm=8.6%。 (5)隨著固溶/預(yù)固溶溫度的升高,型材的固溶效果得到明顯改善并伴有再結(jié)晶發(fā)生,在實(shí)現(xiàn)時(shí)效動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)同時(shí)合金的強(qiáng)度與塑性指標(biāo)略有降低。預(yù)變形量的增大縮短了峰時(shí)效所需的時(shí)間,提高了峰時(shí)效態(tài)的強(qiáng)度指標(biāo),促進(jìn)了晶界析出相的細(xì)化,T1相通過消耗δ'相和θ相來實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的析出長大。終時(shí)效溫度升高同樣縮短了峰時(shí)效所需的時(shí)間,在158℃保溫42h合金的強(qiáng)度指標(biāo)最大；終時(shí)效時(shí)間的延長強(qiáng)化相依次經(jīng)歷了δ'相為主,較少T1相(欠時(shí)效)→T1相為主,δ'相次之,少量口相(峰時(shí)效)→T1相和δ'相略有粗化,且δ'相減少(過時(shí)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，

本文編號(hào)：1953355