2050铝合金耐损伤性能的研究

摘要

2050合金是由美国于2004年注册的一个新的第三代铝锂合金。它是在2098铝合金的基础上通过调整Mn、Mg、 Li等微合金元素的含量开发出来的，产品形式主要为厚板。与7050-T7451合金厚板相比，2050-T84合金具有低密度、高弹性模量、优良的疲劳性能和抗应力腐蚀性能，并获得5％的减重效果。2050合金的Li含量较低，是为了增加合金的损伤容限和耐热性。据报导，2050合金厚板已部分取代7050合金，作为飞机的下翼加强筋在空中客车公司的最新运输机A380-800和A380-800F上使用。本文针对工业规格的2050-T84合金厚板及其轧制而成的薄板，采用多种试验方法系统研究了合金厚板和薄板的拉伸性能、断裂韧性、高周疲劳性能、疲劳裂纹扩展速率等常规力学性能及耐损伤性能。同时采用金相(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)及织构分析等研究手段，系统研究了合金的疲劳裂纹萌生机制及其早期扩展行为，并详细地探讨合金的微观组织结构与其耐损伤性能之间的关系，得到的主要结论如下:
　　(1)时效制度对合金薄板的常规拉伸性能有较大影响。随着时效温度的升高，合金的时效响应速率逐渐加快，强度达到峰值的时间缩短。在T8态，合金薄板在145℃时效80 h达到峰值，其拉伸性能为σb=520 MPa，σ0.2=486MPa，δ=12.3％;在165℃时效12 h达到峰值，其拉伸性能为σb=511 MPa，σ0.2=473 MPa，δ=12.2％;在185℃时效6h达到峰值，其拉伸性能为σb=501 MPa，σ0.2=461 MPa，δ=11.5％。
　　(2)时效前的预变形能加快时效响应速率并显著提高合金的拉伸性能。如在T6态，合金薄板在145℃时效200 h尚未达到峰时效，其拉伸性能为σb=478 MPa，σ0.2=420 MPa，δ=10％;而在T8态，在145℃时效40 h能得到较为理想的强度和塑性，其拉伸性能为σb=498MPa，σ0.2=460 MPa，δ=13.5％。工业规格的合金厚板在T84状态下轧向的拉伸性能及断裂韧性分别为σb=509 MPa，σ0.2=484 MPa，δ=12％，KIc=31.3 MPa√m。
　　(3)合金T8态的主要析出相是板条状的T1相和片状的θ'相，其中T1相是主要强化相;在T6态的欠时效态（145℃/40 h）时的主要析出相是片状的θ

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 铝锂合金概述

1．1．1 铝锂合金的发展概况

1．1．2 铝锂合金的时效析出特征

1．2 材料的疲劳

1．2．1 材料疲劳的研究概况

1．2．2 材料的疲劳寿命曲线

1．2．3 材料的疲劳裂纹扩展曲线

1．2．4 材料疲劳裂纹萌生及扩展的微观机理

1．3 铝锂合金的疲劳

1．3．1 铝锂合金的高周疲劳寿命

1．3．2 铝锂合金的疲劳裂纹萌生

1．3．3 铝锂合金的疲劳裂纹扩展

1．4 本文研究目的、意义与内容

第二章 试验材料与方法

2．1 试验材料

2．2 性能测试

2．2．1 硬度测试

2．2．2 拉伸性能测试

2．2．3 平面应变断裂韧性测试

2．2．4 疲劳寿命测试

2．2．5 疲劳裂纹扩展速率测试

2．2．6 疲劳裂纹萌生试验

2．3 显微组织观察

2．3．1 金相观察

2．3．2 透射电镜观察

2．3．3 扫描电镜观察

2．3．4 宏观织构分析

第三章 2050合金的常规力学性能与显微组织研究

3．1 引言

3．2 2050合金的常规力学性能

3．2．1 时效硬化特征

3．2．2 常规拉伸性能

3．3 2050合金的微观组织

3．3．1 显微组织及宏观织构

3．3．2 TEM微观组织观察

3．4 2050-T84合金厚板的断裂韧性及KIc断口分析

3．5 分析与讨论

3．6 本章小结

第四章 2050合金的高周疲劳性能及裂纹萌生与扩展机理

4．1 引言

4．2 2050-T84合金厚板的高周疲劳性能

4．2．1 疲劳极限S-N曲线

4．2．2 断口分析

4．3 2050-T84合金厚板的疲劳裂纹萌生

4．4 2050-T84合金厚板的疲劳裂纹早期扩展路径

4．5 分析与讨论

4．5．1 高周疲劳性能

4．5．2 疲劳裂纹萌生机理

4．5．3 疲劳裂纹早期扩展机理

4．6 本章小结

第五章 2050合金的疲劳裂纹扩展速率研究

5．1 引言

5．2 2050-T84合金厚板的疲劳裂纹扩展速率研究

5．2．1 取样方向对2050-T84合金厚板疲劳裂纹扩展速率的影响

5．2．2 应力比对2050-T84合金厚板疲劳裂纹扩展速率的影响

5．2．3 断口分析

5．3 2050-T8合金薄板的疲劳裂纹扩展速率研究

5．3．1 时效制度对2050-T8合金薄板疲劳裂纹扩展速率的影响

5．3．2 应力比对2050-T8合金薄板疲劳裂纹扩展速率的影响

5．3．3 断口分析

5．4 分析与讨论

5．4．1 2050-T84合金厚板的疲劳裂纹扩展速率的影响因素

5．4．2 2050-T8合金薄板的疲劳裂纹扩展速率的影响因素

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读学位期间的主要研究成果

致谢