《MSEA》新型鋁-鋰-銅基合金的析出強化機理與熱變形行為!

2021-01-17 材料科學與工程











































































































新型Al-Li-Cu基合金的相變和強化機理研究還不深入，本文確定了新型Al-Li-Cu合金AA2070在250°C-450°C溫度範圍內的主要強化沉澱相演變，發現動態回復是溫度低於450°C時的主要軟化機制，構建了偽加工圖確定最佳工藝，為製造出經濟便捷的鋁合金材料提供了參考。


鋁鋰（Al-Li）合金因其低密度，高模量，高比強度和良好的耐腐蝕性而備受交通運輸行業，尤其是航空航天行業的關注。早期的Al-Li合金通常具有較高的鋰含量（超過2wt%）。鋁鋰合金的應用由於其低的斷裂韌性，差的延展性和可成形性，特別是機械性能的各向異性而受到限制。在最近開發的第三代Al-Li合金中，Li含量已降至2wt%以下，並且其他合金元素也經過優化得以改善其機械性能。除Li外，Cu是添加到Al-Li基合金中以形成強化析出相的主要合金元素，包括T1（Al2CuLi）和Ɵ'（Al2Cu）相。但對新開發的Al-Li-Cu基合金的相變和強化機理仍知之甚少。對不同初始微觀結構的Al-Li-Cu合金的熱變形行為關注有限。


在本研究中採用的新型Al-Li-Cu合金AA2070，與其他第三代Al-Li合金之間的化學成分之間的主要區別是不添加銀，有助於進一步減輕重量和降低成本。使用等溫壓縮試驗在各種溫度和應變速率下，研究了初始顯微組織對新型第三代Al-Li-Cu合金熱變形行為的影響。相關論文以題為「Microstructure and hot deformation behavior of a new aluminum–lithium–copper based AA2070 alloy」發表在Materials Science and Engineering A。


論文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320301362


研究確定了250°C-450°C溫度範圍內的主要強化沉澱相。在250°C下，該合金的主要析出物為T1相和Al3Zr析出物，同時還觀察到少量的Ɵ'/δ'複合析出物。T1析出物具有平行於{111} Al平面的慣性平面，而Ɵ'/δ'複合析出物形成在{001} Al平面上。隨著時效溫度的升高，T1相的數量減少，而Ɵ'/δ'複合沉澱物的比例增加。在350°C，主要的沉澱相為T1、Ɵ'/δ'複合沉澱和Al3Zr。在450°C下，Al3Zr相成為微觀結構中的主要沉澱物。在初始微觀結構中觀察到高活化能，同時T1沉澱和Ɵ'/δ'複合沉澱均佔較高比例。


圖1 在250°C時效8小時後，AA2070中沉澱微觀結構的TEM/STEM表徵（a）T1沉澱明場TEM圖像；（b）HAADF-STEM圖像顯示T1沉澱和Al3Zr沉澱；（c）HAADF-STEM圖像顯示在Al3Zr沉澱附近有Ɵ'沉澱；（d）~（f）HAADF-STEM圖像顯示了在不同放大率下Ɵ'/δ'複合沉澱結構的原子結構


動態回復是溫度低於450°C時的主要軟化機制。在低溫變形下會產生強的[101]壓縮織構，並且變形織構的強度會隨著應變率的增加而增加。在450°C和0.001 s-1的應變速率下，該組織中發生了廣泛的動態再結晶，從而導致該組織的顯著細化和最弱的變形織構，這將大大有利於該合金的機械性能。根據合金的熱加工圖可以確定在約450°C和約0.001 s-1的條件下實現較高的熱加工性和最佳的變形後微觀結構。


圖2AA2070合金在450°C熱變形後的微觀結構的STEM表徵（a）低倍率明場STEM圖像；（b）暗場STEM圖像；（c）低放大倍率和（d）高放大倍率明場STEM圖像，顯示了應變率為0.001s-1變形後微觀結構中的位錯結構


圖3在不同應變水平下構建的偽加工圖（a）0.03應變；（b）0.3應變；（c）0.5應變；（d）0.7應變


綜上所述，本文結合微觀結構表徵和計算模型研究了新型Al-Li-Cu合金的組織與熱變形行為，構建了偽加工圖以檢查合金的熱加工性能並確其最佳加工條件，為製造出經濟便捷的鋁合金材料提供了參考。（文：33）


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