喷射成形2195铝锂合金的微观组织及力学性能研究

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铝锂合金由于具有低密度、高强度、良好的断裂韧性以及耐疲劳裂纹扩展等优良性能,因而成为航空航天及军事领域最具潜力的新型金属结构材料。目前制备铝锂合金的方法主要有:传统铸造、粉末冶金及喷射成形。喷射成形工艺以其快速凝固的特性解决了传统铸造工艺所存在的宏/微观偏析且晶粒粗大的问题,并有效地避免了粉末冶金工艺中氧化物的污染,因此喷射成形在生产铝锂合金方面具有良好的前景。
  本研究以喷射成形2195铝锂合金为对象,主要采用X射线衍射、三维X射线显微镜、电子探针、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子背散射衍射、能谱分析、硬度测试和拉伸测试等系统研究了:(1)传统铸造与喷射成形2195合金的微观组织及性能;(2)2195合金挤压轧板表层晶粒粗化的分析;(3)自然时效及预变形对2195合金挤压棒材性能的影响,得出的主要结论有:
  ①喷射成形合金中主要为细小的等轴晶,有较多孔洞,晶界处存在半连续/不连续的细小第二相(Al-Cu相及Al-Cu-Fe相),在晶粒内部为分布均匀的较大尺寸的第二相(T1相及TB相)。而传统铸造合金中主要为大尺寸的枝晶,孔洞较少,晶界处为连续的大尺寸第二相(Al-Cu-Mg相、Al-Cu相及Al-Cu-Fe相),在晶粒内部主要为沿晶界分布的小尺寸第二相(T1相、TB相及σ相)。相比于传统铸造合金,喷射成形铝锂合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率分别提升了35%、26%和54%。经均匀化处理后,绝大多数第二相均溶解于基体中,两种合金的性能均得到提升。第二相统计结果显示,喷射成形合金在均匀化前后都能溶解更多的溶质原子。
  ②挤压轧板在固溶处理过程中表层晶粒发生粗化,其主要原因:一是轧板表层第二相尺寸大而数量少,同时存在粗大的含Zr相,对晶粒生长的抑制作用减弱。二是轧制过程中表层较大的应变即高的储存能,固溶处理过程中再结晶占据主导。因而轧板表层发生明显的晶粒粗化。
  ③自然时效过程中,喷射成形合金经360h自然时效后其抗拉强度、屈服强度及延伸率分别提高了41.5%,86.2%及14.3%。此外,自然时效会延长人工时效到达峰值时效的时间,但对峰值时效的强度有提升作用。自然时效后先进行预变形再人工时效能提高合金的峰值硬度且能在长时间时效下保持较高水平。
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