不同Cu含量Al--Cu--Mg--Ag合金的微观组织和力学性能的研究
Al-Cu-Mg-Ag合金由于具有较高的比强度、良好的耐热性、优异的抗疲劳损伤能力和易加工成型等诸多优点，而成为制备航空航天飞行器蒙皮及其内部受力结构件的理想材料。近年来，随着飞行器的飞行速度和距离的不断增加，对其材料的疲劳性能和高温蠕变性能的要求也越来越高。因此，通过优化Al-Cu-Mg-Ag合金的主合金化元素含量，开发出一种具有优异的强韧性、抗疲劳性和抗高温蠕变性的铝合金材料，具有重要的工程应用意义。本文制备了Cu含量位于Al中极限固溶度（5.65wt.％）附近的三种Al-xCu-Mg-Ag(x=5.30、5.65、6.00wt.％)合金。利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观察了三种合金的微观组织演变。通过室温拉伸试验、疲劳裂纹扩展试验、高温蠕变试验测试了三种合金的室温拉伸性能、疲劳性能和高温蠕变性能。试验结果表明: (1)Cu含量的变化对三种Al-Cu-Mg-Ag合金晶粒组织的影响较小但对其析出相的影响较大。三种合金铸态组织的晶粒尺寸均在100μm左右，挤压态组织均呈现为断续的纤维状。时效态组织中均析出了大量弥散分布的与基体具有较小的错配度，共格关系良好的Ω相。其中Cu含量为6.00wt.％合金中Ω相的密度最高。 (2)Cu含量为6.00wt.％的Al-Cu-Mg-Ag合金具有最高的拉伸强度。在峰时效态(180℃/12h)下该合金的抗拉强度和屈服强度分别为507±8.4MPa和407±12.5MPa，与Cu含量为5.30wt.％合金相比，分别提升了5.8％和7.1％，与Cu含量为5.65wt.％合金相比，分别提升了12.4％和9.7％。 (3)Cu含量为6.00wt.％的Al-Cu-Mg-Ag合金表现出最好的疲劳裂纹扩展抗力。当应力比R=0.1时，该合金的疲劳寿命为1559520周次，分别是Cu含量为5.30wt.％合金的1.2倍和Cu含量为5.65wt.％合金的2.7倍，应力强度因子范围△K=30MPa·m1/2时其疲劳裂纹扩展速率为9.12×10-5mm/周次，是Cu含量为5.30wt.％合金的29％，是Cu含量为5.65wt.％合金的14％。对疲劳断口的观察表明，Cu含量为6.00wt.％合金相邻疲劳辉纹的间距为0.24μm，显著小于另外两种合金。该合金较高的疲劳裂纹扩展抗力主要源于其高密度的Ω相增加了位错滑移的可逆性，促进了疲劳裂纹的闭合和偏转。 (4)具有良好热稳定性的Ω相增强了Al-Cu-Mg-Ag合金的高温蠕变性能。Cu含量为6.00wt.％合金抗蠕变能力最佳，在240℃/150MPa的蠕变条件下，该合金的稳态蠕变速率为5.23×10-7s-1，是Cu含量为5.30wt.％合金的44％，是Cu含量为5.65wt.％合金的20％。在220℃/250MPa的蠕变条件下，该合金的蠕变寿命为28.0h，是Cu含量为5.30wt.％合金的1.8倍，是Cu含量为5.65wt.％合金的2.6倍。Al-Cu-Mg-Ag合金的蠕变机理可归结为存在门槛应力σth的位错攀移机制。
Al-Cu-Mg-Ag合金;力学性能;Cu含量;极限固溶度;Ω相;室温拉伸
郑州大学
硕士
材料物理与化学
王杰芳
2021
中文
TG146.21
2021-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）