5A90铝锂合金超塑性变形微取向演变及变形机理

摘要

超塑性成形技术能够有效解决铝锂合金构件局部大塑性变形成形难这一难题。到目前为止，已经有很多关于超塑性变形机理的模型，但是现有的超塑性变形理论均依赖于材料自身的组织特征，都是针对某一特定组织，解释某一种实验现象。以纤维状组织开始超塑性变形的材料在变形过程中会发生晶粒尺寸、晶粒取向差、织构、晶界等变化，这些现象在静态再结晶退火中也有出现。本文以形变热处理后5A90Al-Li合金板材为研究对象，采用高温拉伸、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射技术等测试和分析手段，研究静态再结晶及超塑性拉伸过程中的微取向演变，并分析超塑性变形机理，主要研究结果如下:
　　(1)明确了静态再结晶退火温度对5A90Al-Li合金板材微取向演变的影响。在退火温度为450℃～500℃范围内，晶粒尺寸随退火温度的升高略微长大，晶粒取向差变化不明显，退火后板材织构组分不变，但随退火温度的升高，织构开始弥散并偏离初始取向，即形变织构强度随退火温度的升高而降低。
　　(2)确立了合金超塑性变形条件，探求了变形温度和应变速率对退火后5A90Al-Li板材超塑性变形力学特性的影响规律。在变形温度为450～500℃、初始应变速率为3×10-4～1.8×10-3s-1范围内进行超塑拉伸，延伸率可达310～1050％。最大延伸率在变形温度为475℃、初始应变速率为8×10-4s-1时获得。采用斜率法计算应变速率敏感性指数m值，大小范围为0.27～0.63，表明合金在超塑性变形过程中的主要机理为晶界滑动。
　　(3)揭示了合金的超塑性变形机制，探明了退火后5A90Al-Li板材超塑性变形过程的微取向演变。研究表明，超塑性变形不同阶段对应不同的变形机制。变形初始阶段（ε≤0.59），随着应变量的增加，晶粒尺寸沿法向增大，晶粒取向差开始增大，形变织构强度先升高后降低，空洞开始在粗大第二相及晶界处形核，该阶段的主要变形机制为位错运动。随着变形量的增加，材料内部发生动态再结晶，开始出现大量等轴晶，引起晶粒取向差的增大及织构强度的下降，晶界滑移开始启动，晶粒旋转作为其协调机制。当真应变达到1.55时，晶粒全部为等轴晶，大角度晶界所占比例为92.7％，随着应变量的继续增加，晶粒有所长大但始终保持等轴晶，织构弥散表现为随机分布，空洞开始聚合、连接形成大尺寸空洞最终导致试样断裂。该阶段变形机制以晶界滑移为主，晶界迁移作为其协调机制。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 铝锂合金的发展及应用

1．2 超塑性简介

1．2．1 超塑性的发展概况

1．2．3 超塑性的宏观变形特征

1．2．4 超塑性的微观组织特征

1．2．5 超塑性变形的力学特点

1．3 超塑性变形机理

1．3．1 传统超塑性材料的变形机理

1．3．2 非传统超塑性材料的变形机理

1．4 电子背散射衍射技术及材料微观织构

1．4．1 电子背散射衍射技术

1．4．2 材料的微观织构

1．5 本论文的研究目的、内容及意义

2 实验方法

2．1 实验材料

2．2 实验方案

2．3 高温超塑性拉伸

2．3．1 拉伸形状和尺寸

2．3．2 静态再结晶退火对超塑性的影响

2．3．3 温度和应变速率对超塑性的影响

2．3．4 最佳超塑性变形条件下组织演变研究

2．4 组织观察

2．4．1 金相组织观察

2．4．2 晶粒尺寸测量

2．4．3 扫描电镜观察

2．4．4 透射电镜观察

2．4．5 EBSD检测

3 静态再结晶退火温度对5A90铝锂合金的影响

3．1 实验结果

3．1．1 显微组织演变

3．1．2 晶粒取向差演变

3．1．3 织构演变

3．2 分析与讨论

3．3 本章小结

4 5A90铝锂合金再结晶板材超塑变形的力学特性

4．1 实验结果

4．1．1 超塑变形的温度条件

4．1．2 超塑变形的速度条件

4．1．3 最佳超塑性变形条件

4．1．4 超塑性应变速率敏感性指数m

4．1．5 超塑性变形表观激活能Q

4．2 分析与讨论

4．2．1 变形温度和应变速率对超塑性的影响

4．2．2 应变速率敏感性指数m值和变形激活能Q

4．3 本章小结

5 5A90铝锂合金超塑变形的微取向演变及变形机理

5．1 微取向演变

5．1．1 显微组织演变

5．1．2 空洞组织演变

5．1．3 晶粒取向差演变

5．1．4 织构演变

5．2 分析与讨论

5．2．1 再结晶对超塑性延伸率的影响机制

5．2．2 超塑性变形机理分析

5．3 本章小结

6 结论

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢