2195铝锂合金热变形行为及其机理研究文献综述

 2023-04-17 05:04

文献综述

1.1 2195铝锂合金概述1.1.1 2195铝锂合金性能及应用2195铝锂合金是第三代新型合金,相比传统铝合金,2195铝锂合金具有密度小、比刚度高、比强度高、各异性低、低温性能优良以及高可焊性、高疲劳性能和高抗腐蚀性等特点,铝合金中的合金元素锂在改善合金性能方面起了很大作用。

金属锂作为最轻的金属,密度仅有0.534g/cm3,熔点为180.54℃,沸点为1330℃,研究发现,在金属铝中每添加1.0%质量分数的锂,合金的密度则下降3%,刚度提高6%,添加2.0%质量分数的锂,能使合金密度下降10%,使铝合金的性能得到很大的提升。

而铝锂合金中的新型合金2195铝锂合金代替常规的铝合金可减轻结构材料质量约10%-20%,提高材料刚度 [1][2],且其价格不贵,具有十分优异的性能优势,因此飞行器和火箭等大部分部件制造都使用铝锂合金,是公认的航空航天工业领域的理想轻质结构材料。

铝锂合金的历史要追溯到上个世纪,上世纪50至60年代[3][4],第一代铝锂合金被研制合成,但因其塑性韧性较低,加工生产困难,铝锂合金没有在空航天器的制造中获得广泛应用;70年代至80年代初,各国再次重视铝锂合金的研发,并成功研发出性能优异的第二代铝锂合金,相比第一代合金降低了密度,延长了疲劳寿命;90年代以来,第三代铝锂合金被成功研制,优化了第二代合金暴露的一些问题,并广泛应用于客机和军机飞行器以及航空火箭;近年来,铝锂合金发展十分迅速,国内对铝锂合金的研究投入巨大,且许多企业已经具备了制备第三代合金的能力,但与发达国家相比,我国铝锂合金的研发与生产实力仍存在较大差距,为满足航天事业的发展,我们国家对铝锂合金的热处理工艺及微观组织强化机理进行了一系列更深入的研究。

1.1.2 2195铝锂合金研究现状近年来,国内有许多研究者对铝锂合金进行了研究并取得进展,如胡丽敏[5]等人通过调节热处理手段提高了铝锂合金的力学性能,研究发现合金组织中存在被拉长的纤维组织和带状组织以及再结晶晶粒,经过均匀化处理后枝晶网状组织大量减少,晶界和晶内共晶相数量减少,经过T6和T8热处理能显著提高合金的硬度和强度;谢冰鑫[6]等人讨论了2195铝锂合金在不同形变热处理下的时效析出行为,发现合金在不同的形变热处理后呈现出不同的微观组织特征,但是主要析出相均为T1,T1相会阻碍位错的移动,其尺寸越小,位错剪切的次数越多,材料的强度和塑性越好,但是随着尺寸进一步减小,剪切次数过多,塑性则会降低;Liu[7]等人研究了7085铝锂合金在接近lnZ值时的变形试样,发现动态再结晶过程对变形温度十分敏感,且铝合金在低温变形过程中将发生动态析出;Zhang[8][9]等人研究了2195铝合金在中高温压缩变形时的动态再结晶机理,2195铝合金的应力-应变曲线表明,中温(300-360℃)条件[10]下,主要动态再结晶机制是非连续动态再结晶(DDRX),高温(420-520℃)条件下,主要的动态再结晶机制是连续动态再结晶(CDRX) ;除此之外,还有许多学者研究发现了铝锂合金在高温下的变形机制,在高温变形过程中,具有较高层错能的铝合金会发生动态回复(DRV)和动态再结晶(DRX),而随着Zener-Hollomon参数的降低,合金在高温变形过程中的软化机制由动态回复转变为动态再结晶。

1.2 合金热变形行为合金的热变形既是热力学变化过程,也是一个微观组织演变的过程。

在热变形过程中,合金材料外观形状与变形温度有关,变形温度高于合金再结晶温度时,合金外观形状改变,并伴随动态回复和动态再结晶等过程,因此,变形温度、变形速率等因素共同决定变形后合金的显微组织特征 [11];除此之外,加工硬化和动态软化在整个热加工过程中始终同时存在,继而影响合金热变形后的微观组织和性能。

1.2.1热变形的流变行为特征2195 铝锂合金的热变形过程大致可分为加工硬化、动态软化和稳态变形三个阶段[10]。

热变形初期,随着应变的增加,合金微观组织中产生大量位错,且位错进行增值和塞积,导致流变应力急剧增加,合金表现出加工硬化现象[12];应变继续增加,位错密度也增大,当流变应力继续增加达到峰值应力后,动态回复和动态再结晶逐渐占据主导地位,在此过程中动态软化效果抵消甚至超过了加工硬化引起的硬化效果,从而流变应力下降;随着应变继续增加,位错移动加快,发生攀移和交滑移,动态软化和加工硬化处于平衡状态,流变应力也达到某一稳定值[13]。

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