预处理及成分对Al-Cu-Li-X合金时效析出行为和腐蚀特性的影响

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ytxiaokang
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Al-Cu-Li系合金由于具有低密度、高比强度、高比模量以及良好的耐腐蚀性等优点,因而被广泛应用于航天器和飞机的关键结构部件上。随着航空航天领域的进一步发展,对飞行器减重的需求越发迫切,为了能够更大规模地应用铝锂合金来替代传统的铝合金,亟需进一步提高Al-Cu-Li系合金的综合性能。热处理工艺和成分能够直接决定该类合金性能的好坏。然而,目前热处理工艺及成分影响Al-Cu-Li系合金组织和性能的机制尚不清楚,究其原因是热处理工艺及成分对时效早期阶段原子偏聚行为的影响还不明确。基于上述背景,本文首先以2050铝锂合金为研究对象,系统研究了预处理(预变形处理、预变形后的自然时效处理以及冷轧退火处理)对2050铝锂合金时效析出行为和强化行为的影响,揭示了其作用机制。此外,对比研究了Mg含量及Ag添加对Al-Cu-Li-Mg合金时效析出行为的影响。系统研究了上述预处理工艺及成分对Al-Cu-Li-X合金腐蚀特性的影响规律,阐明了析出相微观组织影响Al-Cu-Li系合金晶间腐蚀敏感性和抗点蚀性能的机理。对比有无预变形处理2050铝锂合金在人工时效过程中的微观组织演变和强化行为,结果表明:预变形会抑制时效早期阶段GP区形成,这是由于Mg-Cu团簇数量密度大幅度降低所致;Mg、Cu、Li和Ag原子会在时效初期向位错处偏聚,富集溶质原子的位错结构是能促进T1相在位错上异质形核的关键,预变形可通过提高由溶质原子偏聚所覆盖的位错结构数量来提高T1相数量密度;预变形会抑制时效后期σ相形成,这有利于促进T1相析出;预变形会显著加快2050铝锂合金时效强化响应,并使峰时效强度从551MPa提高到557MPa,该增量主要源于形变强化;预变形会降低峰时效态合金的析出强化贡献,这主要由于T1相直径大幅度减小所致。对比预变形后有无自然时效处理2050铝锂合金在人工时效过程中的时效析出行为,结果表明:预变形后的自然时效处理能进一步促进T1相析出,这是由于合金在自然时效过程中形成了大量Mg-Ag团簇,从而使T1相形核位置进一步增多所致;自然时效处理会加快时效强化响应,并使峰时效强度从557MPa提高至583MPa,这是由于T1相体积分数升高所引起的。对比有无冷轧退火处理2050铝锂合金的时效析出行为,结果表明:冷轧退火处理会延缓T1相生长,降低其数量密度,并使时效硬化响应减慢,使时效后合金强度和塑性降低。对比低Mg含量(0.4Mg)和高Mg含量(0.8Mg)合金的时效析出行为,结果表明:Mg含量升高会促进S’相生成,从而对T1相形核和生长起到阻碍作用,导致T1相数量密度降低,析出-生长速率减慢;与低Mg合金相比,高Mg合金时效硬化响应在时效早期较快、而后期较慢;时效早期高Mg合金中形成了较高数量密度的Mg团簇、导致快速硬化,此后由于S’相形成会阻碍T1相析出,从而使时效硬化效应减弱;Mg含量升高对峰时效强度影响不大,会降低合金塑韧性。对比有无Ag添加的Al-Cu-Li-Mg合金的时效析出行为,结果表明:Ag添加会在时效早期阶段抑制GP区形成,促进球形δ’相均匀析出,这是由于Ag-Li偏聚阻碍了Cu-Li偏聚所致;Ag添加能使T1相在位错上的形核提前、析出-长大过程加速,并使T1相数量密度提高;Ag添加会使时效硬化响应加快,并会提高峰时效强度以及延伸率。在Al-Cu-Li-Mg-Ag合金的T1相中发现存在Mg和Ag原子的富集,DFT计算结果表明:Mg和Ag原子替换T1相最外层Li原子均会导致T1相形成能和界面能降低,则均会提高T1相形核的驱动力,并降低其形核能垒,从而促进T1相形核。预处理对2050铝锂合金的耐腐蚀性能有很大的影响。结果表明:预变形和自然时效处理均会降低欠时效态2050铝锂合金的晶间腐蚀敏感性,这是由于预变形和自然时效处理均会促进晶内T1相析出,使亚晶界与晶内之间的电势差减小,从而使晶间腐蚀抗力提高;冷轧退火处理会明显提高合金晶间腐蚀敏感性,这是由于在冷轧退火处理试样中晶界处形成了连续的溶质元素偏聚带所致。预变形和自然时效处理均会降低峰时效态2050铝锂合金的抗点蚀性能,均提高了合金在盐雾环境中的点蚀损伤程度;由于预变形和自然时效处理均会提高合金中T1相的含量,降低试样表面氧化膜的致密性,使腐蚀区域扩展速率加快,并且还会提高T1相去合金化后所形成的富Cu颗粒与基体之间的电势差,从而使抗点蚀性能降低;冷轧退火处理提高了合金的抗点蚀性能,这主要是由于合金中T1相含量降低以及晶粒尺寸减小所致。对比有无Ag添加Al-Cu-Li-Mg合金的耐蚀性能,结果表明:Ag添加会降低欠时效态合金晶间腐蚀敏感性,这主要是由于Ag添加抑制了晶内GP区的生成并促进了T1相的析出所致;Ag添加会降低峰时效态合金的抗点蚀能力,这主要是由于在含Ag合金中T1相的含量较高以及T1相成分的变化所致。
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