不同Ag含量Al-Cu-Mg-Ag合金的组织和耐热性能研究

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可热处理强化Al-Cu-Mg-Ag合金具有良好的高温强度、优异的抗蠕变性能及抗疲劳性能被广泛应用于航空航天领域。该合金良好的耐热性能主要源于其基体中{111}A1面形成的大量弥散分布的Ω相,该相在200℃以下表现出良好的抗粗化性能。在适宜的热处理工艺下,微量Ag可以促进Ω相在Al-Cu-Mg-Ag合金中的大量析出。因此,理解Ag元素含量和时效状态对Ω相析出行为的影响规律对于提高Al-Cu-Mg-Ag合金的耐热性能具有重要意义。此外,微观组织稳定程度是决定材料宏观耐热性能的关键,对于Al-Cu-Mg-Ag合金而言,Ω相的热稳定性与材料所处的宏观服役条件有关,热暴露温度和蠕变条件(应力、温度)对Ω相的粗化速率也有着极大的影响。因此,本论文以两种不同Ag含量的Al-C u-Mg-Ag合金为研究对象,利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)结合力学性能测试系统研究了:(1)Ag含量以及时效状态对Ω相析出的影响;(2)Ag含量及时效状态对Al-Cu-Mg-Ag合金热暴露性能的影响;(3)Ag含量及时效状态对合金蠕变性能的影响。主要结论有以下几点:①Ag含量和时效状态显著影响了 Ω相的析出行为。在时效早期,随着Ag含量的增加,含Ag量为0.42%的合金中形成的Mg-Ag原子团簇数量更多,基体内的Ω相尺寸更加细小且分布更加弥散。175℃欠时效态两种合金中Ω相尺寸较小,位错容易切过,且PFZ较宽易引起开裂,所以主要是穿晶断裂。175℃和195℃峰时效态下,两种合金基体内Ω相长大,PFZ变窄,断裂模式为穿晶和沿晶的混合断裂。②Al-Cu-Mg-Ag合金中的Ω相热稳定性良好。175℃和195℃峰时效态合金经过200℃热暴露96h后,Ω相的平均直径低于110nm,平均厚度不大于5nm。增加Ag含量有利于降低Al-Cu-Mg-Ag合金中Ω相的粗化速率,提高合金的屈服强度和热稳定性。③在蠕变过程中,欠时效态合金由于细小Ω相和θ’相的弥散强化作用,表现出了优异的抗蠕变性能。相同蠕变条件下,含Ag量为0.42%的合金中Ω相尺寸更加细小,粗化速率更低,合金的蠕变寿命更长。
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