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1460合金是一种强度高、可焊性好的铝锂合金,是制备航天贮箱的理想材料。该合金是前苏联在1420的基础上开发出来的高强铝锂合金,其显著特点是添加了少量的Sc元素,Sc元素的添加使得合金的强韧性和焊接性显著提高,但是关于Sc元素是如何影响1460合金的组织和性能的文献较少,而且制备高性能1460合金的工艺目前还不完善,国内几乎没有强度和塑性达到前苏联水平的1460合金产品,限制了该合金的批量生产和应用。近年来铝合金焊接技术的发展使得航空航天工业对1460合金的焊接提出了更高的要求,例如上世纪90年代发明的搅拌摩擦焊(Friction StirWelding,简称FSW)技术已经取代传统的熔化焊在铝锂合金上取得了初步的应用。本文主要通过调整合金的Sc含量、优化热处理制度来制备高性能的1460合金,系统地研究了单级、双级以及应变时效制度对1460合金沉淀析出行为的影响,同时利用搅拌摩擦焊技术对1460合金进行了焊接,研究该合金的焊接性能和焊后热处理工艺。 通过对三种不同Sc含量(0Sc,0.11 wt.% Sc,0.22 wt.% Sc)合金组织和性能的研究发现:Sc在1460合金中通过形成初生的Al3(Sc,Zr)相作为合金的异质形核核心,从而细化合金的铸态组织,在随后的热加工过程中析出的弥散相Al3(Sc,Zr)则能抑制再结晶晶粒长大,起到细晶强化的作用,时效过程中还有部分的Al3(Sc,Zr)沉淀相析出,起着时效硬化的作用,因此在1460合金中添加0.11 wt.% Sc能显著提高合金的性能。然而当Sc含量的增加至0.22 wt.%时,基体中富Cu相的数量也在增加,导致T1相的数量减少,此时合金的强度与不含Sc的合金相当。 作为Al-Cu-Li系合金,1460合金中的主要强化相有:δ(Al3Li)、θ(Al2Cu)(θ")和T1(Al2CuLi)相。对1460合金分别进行单级(130、160、190℃)和双级时效处理,研究合金的组织和性能对时效制度的敏感性。在160℃和190℃单级时效处理时,时效初期最早析出的相是δ和Al3(Sc,Zr),随后析出的是θ和T1相。时效温度越高越有利于固溶原子的扩散,沉淀相之间的析出间隔时间就越短。在130℃时效,δ和θ"相则是在不同加热时间析出,分布更为弥散;而在190℃,δ、θ和T1相倾向于同时析出并起着叠加的强化作用。综合分析,160℃时效合金中析出的T1相最多,合金的强度最高。双级时效处理时采用先低温(130℃)后高温(160、190℃)的方式,可利用低温时效产物为高温时效提供形核核心。以130℃+160℃时效这种组合方式最佳,与160℃时效的峰值状态相比,合金的强度略有降低,延伸率得到了提高,其原因是合金中的T1相数量较少,主要强化相是θ。此外研究表明低温时效产生的δ相会在高温时效时发生一定程度的回溶。 选用5%预拉伸和冷轧(ε=7%,14%,20%,27%)两种变形方式对合金进行时效前的预变形,发现冷轧变形能引入较多的位错。当冷轧变形量增加至20%时,合金中出现位错墙(Dense Dislocation Wall)。位错和亚结构的出现不仅能起到强化合金的作用,同时还为固溶原子的扩散提供了通道,导致时效峰值时间缩短,同时预变形引入的位错还为T1相提供了形核位置,使得合金中T1相的数量增加。综合上述因素,预变形能提高合金的强度,但是由于预拉伸引入的位错较少且牺牲了合金的一部分塑性,因此预拉伸后合金的延伸率普遍较低;而大变形量的冷轧由于引入的位错密度高,导致合金中T1相的形核位置增多,可能导致Li原子的短缺从而有可能形成Ω(Al2Cu)相,因此合金的强度和延伸率均较高(590 MPa,8%)。 通过调整搅拌摩擦焊的工艺参数,获得了无肉眼可见缺陷的焊缝,焊缝样品的抗拉强度为320 MPa,与母材相当。焊后的固溶+160℃/40 h时效处理使得焊核区重新析出θ和T1相,焊缝的强度提高了115 MPa。