应力电场耦合作用对2E12铝合金微观组织和力学性能的影响

摘要

合金的热处理工艺与其微观组织演变规律及力学性能有着密切的联系，通过热处理工艺优化及新型处理工艺开发对合金微结构进行调控具有重要价值。本文以航空用2E12铝合金为对象，采用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、示差扫描量热仪(DSC)等分析手段，通过电导率、室温拉伸试验，研究了应力、应力-电场耦合作用处理后的2E12铝合金力学性能、微观组织的演变规律，分析和探讨了不同热处理状态下合金微观组织演变对合金力学行为的影响规律及其机理，研究结果表明：
　　 (1)施加应力场时效合金试样电导率随时间变化规律与无应力时效的合金试样具有相同的变化规律，但其电导率值在各个阶段大小却呈相反趋势：前10h应力时效的电导率值较低，10h后应力时效的电导率超过无应力时效的电导率值；
　　 (2)时效过程中施加应力时抑制了S相的析出，在随后的DSC非等温时效中S相析出量大于无应力时效态的试样，而电场则促进S相的析出，随后的DSC升温过程中S相析出量低于应力时效态的试样；
　　 (3)应力时效可明显降低2E12铝合金在随后DSC升温过程中S相的析出激活能，而应力电场耦合场则增大S相的析出激活能。
　　 (4)190℃时效时，外加应力抑制2E12铝合金中S相的均匀形核和长大；合金板材的屈服强度随着外加应力的增大而先升高后降低：电场促进S相的形核，抑制其长大和粗化，提高合金的屈服强度；
　　 (5)220℃时效时，外加应力在各个方向引起的弹性应变能增量不同，并且促使溶质原子发生定向扩散，最终形成S相的应力位向效应；外加应力促使使位错密度增大，为S相提供大量异质形核位置，同时还抑制其长大，从而提高了合金的强度；
　　 (6)时效过程中应力促进含Mn弥散相界面位错的攀移，使合金的位错密度升高，促进了S相的异质形核；
　　 (7)时效过程中应力电场耦合场激活晶界中的空位源，使晶界中的空位向基体扩散，形成高密度的位错环和蜷线位错，促进了S相的异质形核；而晶界则聚集了大量溶质原子，使S相沿晶界大量析出。