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Al-3.7Cu-1.6Mg合金的断裂韧性和疲劳性能的研究

作　者: 夏琳燕
导　师: 刘志义
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: Al-3.7Cu-1.6Mg合金双级固溶预拉伸变形拉伸性能断裂韧性疲劳性能
分类号: TG146.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

Al-Cu-Mg合金的强度、断裂及耐疲劳损伤行为与热处理工艺及其微观组织演变密切相关,本文以Al-3.7Cu-1.6Mg合金为研究对象,研究了固溶制度、形变热处理及时效制度对合金室温拉伸性能、断裂韧性及疲劳性能的影响,并通过XRD.EBSD.TEM.SEM等手段分析了热处理过程中合金组织的演变规律,旨在优化热处理工艺,获得高强耐损伤组织,从而提高合金的综合力学性能。得出如下结论：(1)495℃/1h+515℃/1h双级固溶处理的Al-3.7Cu-1.6Mg合金的室温拉伸性能和抗疲劳性能显著提高,但合金的电导率降低,这主要是由于过剩相的充分溶解使得溶质原子浓度增大,合金固溶体过饱和程度提高导致的。(2)对固溶-淬火态Al-3.7Cu-1.6Mg合金进行预拉伸处理,因引入大量位错,可显著提高其自然时效态的硬度,同时抑制GPB区的形成,降低时效硬化速率,延长峰时效时间。预拉伸变形量为5%和10%时,合金自然时效后的屈服强度比无变形合金分别提高了57MPa和121MPa,但抗拉强度变化不大,且延伸率降低。(3)预拉伸变形量的增加导致合金的断裂韧性降低。未预变形合金的断裂韧性最高,为29.7MPa·m1/2;合金中引入5%和10%预变形后,合金的断裂韧性分别降为27.6MPa·m1/2;和26.9MPa·m1/2。三种不同预变形量的断裂韧性试样的裂纹类型均为张开型,断口显示断裂类型为穿晶韧窝型断裂,且随着预变形程度的提高,断口上韧窝的深度和直径逐渐减小,这表明试样消耗的变形功越来越小,断裂韧性不断降低,也对应了断裂韧性值的变化趋势。(4)未预变形A1-3.7Cu-1.6Mg合金中主要以{001}<100>立方织构为主,引入5%和10%预拉伸变形后,出现了{211}<111>铜型织构、{001}<110>旋转立方织构和{123}<634>S型织构,但织构的整体强度降低。预变形对自然时效态合金内部晶粒取向差的影响较小,但显著提高了自然时效态合金的疲劳裂纹扩展速率。合金经170℃、30min人工欠时效后,获得比自然时效态更大尺寸的GPB区组织,从而消除了预变形对疲劳性能的不利影响,提高了疲劳抗力,疲劳裂纹扩展速率降低。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章文献综述  9-26
  1.1 Al-Cu-Mg合金概述  9-17
    1.1.1 Al-Cu-Mg合金的发展以及应用  9-12
    1.1.2 Al-Cu-Mg合金的第二相粒子  12-15
    1.1.3 Al-Cu-Mg合金的时效析出相  15-17
  1.2 铝合金断裂韧性的研究  17-23
    1.2.1 铝合金的断裂机制  17-19
    1.2.2 铝合金的断裂韧性  19-20
    1.2.3 影响铝合金断裂韧性的因素  20-23
  1.3 铝合金疲劳性能的研究  23-24
    1.3.1 疲劳裂纹扩展  23-24
    1.3.2 疲劳裂纹扩展曲线  24
  1.4 本论文研究的目的及意义  24-26
第二章实验材料与实验方法  26-31
  2.1 实验材料  26-27
  2.2 固溶工艺  27
  2.3 时效工艺  27
  2.4 性能测试  27-29
    2.4.1 硬度测试  27
    2.4.2 拉伸力学性能  27
    2.4.3 电导率测试  27-28
    2.4.4 断裂韧性测试  28
    2.4.5 疲劳性能测试  28-29
  2.5 分析测试手段  29-31
    2.5.1 DSC分析  29
    2.5.2 金相分析  29
    2.5.3 XRD分析  29
    2.5.4 EBSD分析  29-30
    2.5.5 扫描电子显微镜观察  30
    2.5.6 透射电子显微镜观察  30-31
第三章双级固溶对Al-3.7Cu-1.6Mg合金组织和疲劳性能的影响  31-45
  3.1 合金轧制态DSC分析  31-32
  3.2 合金金相组织特征  32-33
  3.3 合金中过剩相分析  33-36
  3.4 TEM组织  36-37
  3.5 电导率测试  37-38
  3.6 室温拉伸性能  38
  3.7 疲劳裂纹扩展速率  38-39
  3.8 断口形貌  39-42
  3.9 分析与讨论  42-44
    3.9.1 固溶处理对合金拉伸性能的影响  42-43
    3.9.2 固溶处理对合金疲劳性能的影响  43-44
  3.10 本章小结  44-45
第四章预变形对Al-3.7Cu-1.6Mg合金组织和断裂韧性的影响  45-57
  4.1 Al-3.7Cu-1.6Mg合金显微组织  45-47
    4.1.1 Al-3.7Cu-1.6Mg合金金相组织  45-46
    4.1.2 Al-3.7Cu-1.6Mg合金TEM观察  46
    4.1.3 Al-3.7Cu-1.6Mg合金固溶后DSC分析  46-47
  4.2 Al-3.7Cu-1.6Mg合金自然时效硬度和电导率  47-49
    4.2.1 硬度  47-48
    4.2.2 电导率  48-49
  4.3 室温拉伸性能  49-50
  4.4 断裂韧性  50-51
  4.5 断口分析  51-54
    4.5.1 宏观断口  51-52
    4.5.2 微观断口  52-54
  4.6 分析与讨论  54-56
    4.6.1 预变形对合金电导率和力学性能的影响  54-55
    4.6.2 预变形对合金断裂韧性的影响  55-56
  4.7 本章小结  56-57
第五章预变形及人工时效对Al-3.7Cu-1.6Mg合金疲劳性能的影响  57-68
  5.1 预变形对Al-3.7Cu-1.6Mg合金疲劳性能的影响  57-65
    5.1.1 宏观织构分析  57-60
    5.1.2 晶粒形貌及取向分析  60-62
    5.1.3 疲劳裂纹扩展速率  62-63
    5.1.4 断口形貌  63
    5.1.5 分析与讨论  63-65
  5.2 人工时效对Al-3.7Cu-1.6Mg合金疲劳性能的影响  65-67
    5.2.1 室温拉伸性能  65
    5.2.2 TEM组织分析  65-66
    5.2.3 疲劳裂纹扩展速率  66
    5.2.4 分析与讨论  66-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章结论  68-69
参考文献  69-76
致谢  76-77
攻读硕士期间主要研究成果  77

Al-3.7Cu-1.6Mg合金的断裂韧性和疲劳性能的研究

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