形变热处理对2124铝合金蠕变时效的影响

摘要

蠕变时效成形技术主要用于大型飞机整体壁板的成形,是利用金属的蠕变特性,将成形与时效同步进行的一种成形方法。蠕变时效成形足蠕变和时效相瓦影响的过程,预变形、预时效、晶粒大小、合金成分等都会对蠕变时效成形的回弹和最终性能产生影响。本文将不同热处理制度获得的三种状态2124合金(固溶态、FTMT预处理态(预变形+预时效)、ITMT细化晶粒态)进行蠕变时效实验,利用金相显微镜(OM)、扣描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段,研究了预处理对2124合金蠕变时效的影响,得到以下结论:
　　 (1)揭示了两种不同预处理对2124合金蠕变时效行为的影响。ITMT预处理细化了2124合金的晶粒组织,晶界的增殖使得该预处理合金在蠕变时效过程中蠕变变形增大。FTMT预处理增加了合金内部的位错,可动位错增加,蠕变机制由位错攀移机制向粘滞性滑移机制转变,蠕变初始阶段变形量减少,但稳态蠕变速率增大。
　　 (2)获得了2124合金蠕变时效统一本构关系方程,通过两种不同的本构关系对三种不同初始态合金进行了拟合。
　　 (3)揭示了2124合金在蠕变时效过程中的微观结构与力学性能。2124合金在蠕变时效过程中θ'相存在应力位向效应,主要析出强化相S'相择优析出不明显,但沿应力轴方向析出相有粗化现象。蠕变时效相对于人工时效第二相析出细小、致密,PFZ变窄。PFZ变窄能导致合金塑性和韧性的各向异性指数增大。
　　 (4)揭示了ITMT预处理对2124合金蠕变时效微观组织和性能的影响。固溶态和ITMT处理态合金都存在着难溶的粗大富Fe(Si)杂质相,粗大杂质相在蠕变时效过程中遭蠕变应力的作用发生破碎,蠕变应力越大破碎的越严重。通过ITMT预处理可以得到细小的晶粒组织。晶粒细化处理合金不仅具有较好的强度和塑性,而且在经过蠕变时效后仍保持较好的力学性能。
　　 (5)揭示了FTMT预处理对2124合金蠕变时效微观组织和性能的影响。采用12h自然时效+8％预变形的预处理工艺能够获得2124合金蠕变时效后比较好的综合力学性能。FTMT预处理能消除θ'的应力位向效应,使第二相析出致密细小,提高合金强度,略微降低塑性和韧性,减少塑性和韧性各向异性指数。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 蠕变时效成形概述

1.1.1 整体壁板概述

1.1.2 蠕变时效成形概述

1.2 蠕变时效成形工艺特点

1.2.1 蠕变时效成形基本原理

1.2.2 蠕变时效成形中材料性能及微观组织控制

1.2.3 蠕变时效成形研究关键技术

1.3 蠕变时效成形国内外研究动态

1.3.1 蠕变时效成形回弹和有限元模拟研究

1.3.2 蠕变时效成形材料性能及微观结构研究

1.3.3 蠕变时效成形国内研究现状

1.4 铝合金形变热处理概述

1.4.1 中间形变热处理(ITMT)

1.4.2 最终形变热处理(FTMT)

1.5 本论文研究的内容及意义

第二章 实验材料与实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验流程

2.3 形变热处理

2.4 实验方法

2.4.1 轧制

2.4.2 固溶及时效

2.4.3 蠕变时效实验

2.4.4 金相组织分析

2.4.5 扫描电子显微镜观察

2.4.6 透射电子显微镜观察

2.4.7 电导率的测试

2.4.8 硬度测试

2.4.9 室温拉伸力学性能测试

2.4.10 断裂韧性性能测试

第三章 预处理对2124合金蠕变时效行为的影响

3.1 ITMT预处理对2124合金蠕变时效行为的影响

3.2 FTMT预处理对2124合金蠕变时效行为的影响

3.2.1 不同预变形量处理合金的蠕变时效曲线

3.2.2 不同应力下FTMT预处理合金的蠕变时效曲线

3.2.3 FTMT预处理对2124合金的蠕变时效行为影响分析

3.3 蠕变时效曲线本构关系

3.4 本章小结

第四章 ITMT处理对2124合金蠕变时效微结构与性能的影响

4.1 金相组织

4.2 ITMT细化处理合金的时效曲线

4.3 室温停留时间对2124合金蠕变时效的影响

4.4 蠕变时效后SEM观察

4.5 蠕变时效后合金TEM观察

4.6 细化晶粒对蠕变时效后合金硬度的影响

4.7 细化晶粒对蠕变时效后合金力学性能的影响

4.8 分析与讨论

4.8.1 2124合金蠕变时效第二相析出规律

4.8.2 晶粒大小对2124合金蠕变时效微结构与性能的影响

4.9 本章小结

第五章 FTMT处理对2124合金蠕变时效微结构与性能的影响

5.1 不同顸时效温度的FTMT预处理

5.2 不同变形量大小的FTMT预处理

5.3 FTMT预处理合金蠕变时效的微观组织与性能

5.3.1 时效曲线

5.3.2 蠕变时效后光学金相组织

5.3.3 蠕变时效后SEM观察

5.3.4 蠕变时效后TEM观察

5.3.5 预处理对电导率的影响

5.3.6 预处理对硬度的影响

5.3.7 预处理对室温力学性能的影响

5.4 性能各向异性

5.4.1 力学性能各向异性

5.4.2 断裂韧性

5.5 分析与讨论

5.6 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果