【摘 要】
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本文以2A97铝合金厚板热加工-热处理过程为载体对第三代铝锂合金晶粒/析出相关联演化及其影响进行研究。论文运用SEM、EBSD、TEM等方法对组织演化进行系统表征,基于硬度测试、拉伸试验和浸泡试验对合金性能进行评价,在此基础上系统分析了2A97铝合金晶粒/析出相关联演化及其性能响应规律。论文揭示了预析出粗大T1相对合金热变形行为的影响,阐明了粗大T1相颗粒激发形核(PSN)及其诱发再结晶织构的机理
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本文以2A97铝合金厚板热加工-热处理过程为载体对第三代铝锂合金晶粒/析出相关联演化及其影响进行研究。论文运用SEM、EBSD、TEM等方法对组织演化进行系统表征,基于硬度测试、拉伸试验和浸泡试验对合金性能进行评价,在此基础上系统分析了2A97铝合金晶粒/析出相关联演化及其性能响应规律。论文揭示了预析出粗大T1相对合金热变形行为的影响,阐明了粗大T1相颗粒激发形核(PSN)及其诱发再结晶织构的机理。揭示了晶粒组织特性影响T1相析出的规律和机理,阐明了再结晶组织和亚晶组织析出强化效应差异及其对厚板厚向性能差异的影响。揭示了晶界微区电化学特性对腐蚀行为的影响。热变形行为研究表明,固溶态2A97铝合金在340-490oC变形时其动态软化主要受回复过程控制。在粗大T1相PSN作用下,均匀退火态2A97铝合金在340-460oC变形时发生动态再结晶。均匀退火态合金因预析出粗大T1相其固溶强化作用微弱、变形抗力较低,而固溶态合金中动态析出T1相和δ’相其变形抗力显著较高,均匀退火态合金流变应力和热变形激活能均显著低于固溶态合金,热加工性能更好。在{111}Al面析出的盘片状T1相形成三维网格并将基体分割成微小单元,T1相作为边界限制了基体单元内位错和晶界迁移,基体单元在剪切作用下经由连续旋转演变成再结晶晶粒并形成<001>//ND再结晶织构。均匀退火态合金在380oC、0.01s-1下压缩应变量0.8时再结晶分数达到61%、平均晶粒尺寸为2.7μm。T1相PSN作用下形成的再结晶组织具有较高的稳定性,经520oC固溶处理后晶粒尺寸和择优取向不发生显著变化。2A97铝合金固溶后在空冷过程中析出T1相和δ’相,亚晶相比再结晶组织其中的T1相尺寸较大、数量较多,表明亚晶组织淬火析出敏感性显著高于再结晶组织;冷却速度需大于3oC/s以抑制亚晶组织淬火析出。研究表明,2A97铝合金于155oC时效过程中析出序列为SS→θ’+δ’→θ’+δ’+T1→T1+θ’+δ’→T1+θ’+δ’+δ+σ。155oC时效峰时效态下,亚晶相比再结晶组织其中的T1相尺寸较小而数量密度较高,亚晶界附近存在θ’相充分析出而T1相析出被抑制的带状区域。位错密度差异是造成再结晶晶粒和亚晶内析出行为差异的主要原因。亚晶内位错密度较高,T1相非均匀形核位置更多,因此T1相数量密度更高且尺寸更细小;高密度位错还可作为溶质原子快速扩散通道从而促进T1相生长。固溶态2A97铝合金预拉伸3%后于155oC时效过程中其析出序列为SS→θ’+δ’+T1→T1+θ’+δ’。预拉伸促进了晶内T1相析出,显著减小了再结晶晶粒和亚晶粒内T1相尺寸及数量密度差异,且显著抑制了亚晶界/晶界T1相析出。固溶淬火态2A97铝合金厚板表层到中心层屈服强度差为25MPa,而T6峰时效态时高达88MPa,强度差异随时效进行显著增大。厚板各层屈服强度差异主要来源于亚晶组织和再结晶组织中T1相析出强化差异。亚晶中T1相析出强化效应更为显著,而厚板中心层到表层亚晶含量逐渐降低、再结晶组织含量升高,因而厚板表层和中心层强度差经T6时效后增大。引入3%预拉伸后峰时效态厚板表层与中心层屈服强度差降至约50MPa。腐蚀行为研究表明,在T6和T8时效处理下2A97铝合金抗晶间腐蚀能力和抗剥落腐蚀能力均为欠时效态>峰时效态>过时效态。T6时效处理下2A97铝合金亚晶界和晶界优先发生腐蚀,且亚晶界腐蚀敏感性高于晶界。电化学分析表明亚晶组织与再结晶组织相比表面电势低、阻抗小,易于腐蚀。晶界/亚晶界附近无析出带因Cu含量较低其表面电势低于基体和晶界;无析出带优先溶解是2A97铝合金沿晶腐蚀的主要诱因。预拉伸显著抑制了亚晶界析出与成分不均匀性,显著降低了亚晶界腐蚀敏感性,提高了合金抗晶间腐蚀能力。
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