2219铝合金电脉冲作用下的应力时效行为研究

摘要

电脉冲作用下的应力时效是指在时效过程中引入电脉冲和应力，使合金在温度、电脉冲和应力的耦合作用下，精确调控析出强化相的取向、种类、大小、数量、以及形貌，从而达到改善合金组织和性能的目的。本文的主要研究内容和结论如下:
　　(1)开展了恒应变应力松弛时效与恒应力蠕变时效对比实验，建立了2219铝合金的蠕变时效与应力松弛时效强度模型，可以通过进行恒应力蠕变时效来预测合金应力松弛时效过程强度的演变规律。
　　(2)研制了电脉冲发生装置，对比分析了电脉冲时效与常规时效对2219铝合金组织和性能的影响，发现在固态相变过程中，电脉冲会使Al-Cu合金的晶格畸变区变大，从而使晶格畸变能增大，相变驱动力增大，进而提高新相的形核率，缩短峰值时效到来的时间。
　　(3)系统研究了电脉冲作用下的恒应力蠕变时效对2219铝合金成性行为的影响。研究结果表明:
　　a)在不同的时效温度和试验应力耦合作用条件下，合金所达到的峰值强度不同，当时效温度为165℃时，在1000Hz电脉冲作用下160MPa恒应力蠕变时效12h，合金屈服强度和抗拉强度的最高值分别为357.8MPa和458.2MPa，合金的力学性能最优。
　　b)通过微观组织观察与分析，发现升高时效温度可以加速θ'相的析出，但是当时效温度过高时，θ'相长大、粗化现象严重，开始转化成粗大的平衡相θ相，降低合金的强度;随着试验应力的增大，位错密度会增加，促进第二相的形核，当外加应力过大时，会造成θ'相的长大粗化，晶界无沉淀析出带变宽，降低合金的强度。
　　c)在时效初期，合金的硬度上升速度较快，随着时效时间的延长，合金硬度上升速度趋于稳定;当时效温度为165℃时，1000Hz电脉冲作用下160MPa恒应力蠕变时效6h，合金的屈服强度和抗拉强度所到达的最高值分别为362.4MPa和467.7MPa，延伸率为12.7％;继续延长时效时间，合金开始进入过时效阶段，性能降低。
　　(4)合金经过电脉冲作用下的蠕变时效处理后，时效硬化指数为n=1.17，时效析出激活能为Q=115.4kJ/mol;而合金经过常规时效处理后，时效硬化指数n=1.13，时效析出激活能Q=135.5 kJ/mol。可以发现，电脉冲作用下的蠕变时效可以降低合金的时效析出激活能，提高合金的形核率，加速合金的时效析出进程。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 应力松弛时效成形技术研究

1．2．1 应力松弛时效成形技术国内外研究现状

1．2．2 应力松弛时效成形工艺

1．2．3 应力松弛时效成形机理

1．2．4 应力对时效析出行为影响的研究现状

1．3 电脉冲对合金性能影响的国内外研究现状分析

1．3．1 电脉冲对性能影响的国内外研究现状

1．3．2 电脉冲对合金固态相变过程的影响

1．3．3 电脉冲在应力松弛时效成形技术中的应用

1．4 2219铝合金的研究现状

1．4．1 2219铝合金在国外的研究现状

1．4．2 2219铝合金在国内的研究现状

1．4．3 2219铝合金在工业上的成熟应用

1．5 铝合金的强化机制

1．6 本课题的研究内容及意义

1．6．1 本课题的研究内容

1．6．2 本课题的研究意义

1．7 本章小结

2 2219铝合金应力松弛时效与蠕变时效对比研究

2．1 试验材料

2．2 试验方法

2．2．1 热处理试验

2．2．2 DSC曲线分析

2．2．3 维氏硬度测试

2．2．4 电导率测试

2．2．5 常温力学性能测试

2．2．6 扫描电镜观察

2．2．7 透射电镜观察

2．3 固溶处理对合金组织和性能的影响

2．3．1 固溶处理实验方案

2．3．2 固溶温度对合金组织和性能的影响

2．3．3 固溶时间对合金组织和性能的影响

2．4 应力松弛时效与蠕变时效对比试验研究

2．4．1 整体壁板弯曲成形应力分析

2．4．2 应力松弛曲线与蠕变曲线对比分析

2．4．3 应力松弛时效与蠕变时效对合金力学性能的影响

2．5 应力松弛时效与蠕变时效强度模型的建立

2．5．1 应力松弛时效强度模型的建立

2．5．2 蠕变时效强度模型的建立

2．5．3 强度模型的验证与分析

2．6 本章小结

3 2219铝合金电脉冲作用下的蠕变时效工艺试验研究

3．1 电脉冲频率对合金时效硬化行为的影响

3．1．1 电脉冲时效试验

3．1．2 电脉冲频率的选择

3．1．3 电脉冲时效硬化曲线分析

3．1．4 时效硬化曲线机理分析

3．2 应力对合金成性行为的影响

3．2．1 时效硬化曲线

3．2．2 室温拉伸力学性能

3．2．3 透射电镜观察

3．2．4 外加应力对合金力学性能的影响

3．3 电脉冲作用下的蠕变时效对合金成性行为的影响

3．3．1 电脉冲作用下的蠕变时效对时效硬化行为的影响

3．3．2 电脉冲作用下的蠕变时效对合金力学性能的影响

3．3．3 电脉冲作用下的蠕变时效对合金显微组织的影响

3．4 时效时间对2219铝合金成性行为的影响

3．4．1 时效时间对时效硬化行为的影响

3．4．2 时效时间对合金力学性能的影响

3．4．3 时效时间对合金显微组织的影响

3．5 本章小结

4 2219铝合金在复合能场作用下的时效机理分析

4．1 应力位向效应的形成机制

4．2 电脉冲对合金时效析出动力学的影响

4．3 复合能场作用下的时效硬化指数与激活能

4．3．1 时效硬化指数的确定

4．3．2 时效激活能的确定

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要研究成果目录

致谢