Al-Cu-Mg-Ag新型耐热合金循环蠕变行为与机理研究

摘要

传统 2 系耐热铝合金以其较高的室温强度和良好的耐热性能被广泛用于航空航天和民用工业等领域。在Cu/Mg较高的情况下，向Al-Cu-Mg合金中添加少量Ag，可以让合金的高温性能和热稳定性得到较大幅度的提高。 耐热铝合金通常在高温下进行长时间的工作，在工作-停止-工作的循环过程中，材料还受到疲劳作用的影响。因此，材料实际受到的是蠕变-疲劳耦合作用，也称循环蠕变。其损伤机理既不同于恒定载荷下的纯蠕变破坏，也不同于单独循环载荷作用下的纯疲劳破坏，而是蠕变与疲劳耦合作用下的复杂损伤行为。这种蠕变-疲劳损伤的潜在危险性极大，一旦发生事故往往是灾难性的。为此，对材料蠕变-疲劳损伤行为与机理的研究具有重要的工程意义与科学价值。 本文以 Al-Cu-Mg Ag 新型耐热铝合金为研究对象，研究了时效处理对该合金蠕变性能的影响，对比分析了合金在恒定载荷和循环载荷下的蠕变行为，探讨了温度和应力对合金的循环蠕变性能和蠕变速率的影响规律，并结合微观分析对其机理进行探讨。得到以下主要结论： 1、经过欠时效处理后Al-Cu-Mg-Ag合金无论是在恒定载荷下还是在循环载荷下，其蠕变速率均低于峰时效处理的试样;与峰时效态合金相比，恒定载荷下，欠时效态合金的蠕变速率降低了9.35%，循环载荷下，欠时效态合金的蠕变速率降低了 16.88%;合金欠时效处理后进行蠕变，不仅强化相的尺寸小于峰时效处理的试样，而且其长大速率也较低，导致欠时效态合金在两种载荷下的抗蠕变性能均高于峰时效态合金。 2、Al-Cu-Mg-Ag合金在欠时效处理后进行蠕变试验，无论是在低应力条件下还是在高应力条件下，其在循环载荷下的蠕变速率均低于恒定载荷;外加载荷越大，与纯蠕变试样相比，循环蠕变试样中 ? 相的数量越多，其抗蠕变性能提高幅度越大。 3、欠时效处理后的合金在进行循环蠕变试验时，随着温度的升高，合金晶内强化相 ? 相和 θ′相尺寸均变大，抗蠕变性能降低;随着外加应力的增大，尽管合金中?相和θ′相尺寸均减小，但θ′相的数量增多，其强化效果减小，抗蠕变性能降低。 4、欠时效态Al-Cu-Mg-Ag合金循环蠕变时，不论是升高试验温度还是增大蠕变应力都会使得蠕变速率逐渐增大。蠕变速率、蠕变温度和应力三者之间的关系可用本构关系表示为：ε=1.06×10-4σ1.54 exp（-49000/RT）。此关系式可以较好的描述Al-Cu-Mg-Ag合金在140~185℃、125~300MPa下循环蠕变过程中稳态蠕变速率随温度和应力之间的变化趋势。为该合金循环蠕变过程中稳态蠕变速率的预测提供依据。

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