2195、2050铝锂合金热处理组织及性能研究

来源 :中国运载火箭技术研究院 | 被引量 : 5次 | 上传用户:wenwenan
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2195、2050铝锂合金因其优异的综合性能,在国外航空及航天领域应用十分广泛。在国内,对于2195铝锂合金,目前已经有不少关于添加合金化元素来强化材料性能的研究,也有一些研究时效工艺或者预变形对组织与性能的影响。但是对于多变量控制的形变热处理的研究较少,对合金热稳定性能和低温、高温力学性能的研究也非常少。对于2050铝锂合金,目前多数是关于原材料性能包括均匀化处理的研究,有关形变热处理对其组织性能影响的研究比较少。两种铝锂合金在国内航空及航天领域均未实现广泛应用。本研究采用正交试验优化方法,以及金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子万能试验机等设备对2195、2050铝锂合金形变热处理中固溶温度、预变形量、时效温度、时效时间四个工艺参数对组织、力学性能的影响进行研究,从而对热处理工艺进行优化。并对优化工艺下两种铝锂合金的低温、高温力学性能以及热稳定试验后材料力学性能和腐蚀性能进行系统研究。通过研究2195、2050铝锂合金T6、T8热处理工艺后发现:T6热处理工艺中,对于2195、2050铝锂合金,三个工艺参数对材料力学性能中屈服强度、抗拉强度和断后伸长率的因素主次顺序均为时效温度>时效时间>固溶温度。T8热处理工艺中,对两种铝锂合金的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率三项性能指标,时效温度均为影响水平最大的因素,固溶温度为影响水平最小的因素,对2195铝锂合金而言,时效时间对材料强度的影响水平略高于预变形量;对2050铝锂合金而言,时效时间对材料强度的影响水平略低于预变形量。T6、T8热处理工艺后,2195、2050铝锂合金内部主要析出强化相均为:T1相、δ’相和θ’相,以T1相为主。从TEM图像可以观察到,2195铝锂合金析出的T1相数量多于2050铝锂合金,其θ’相数量少于2050铝锂合金,与θ’相相比T1相对材料的强化效果更为优异,因此与2050铝锂合金相比,2195铝锂合金强度性能更为优异。随着时效的不断进行,T1相不断析出、长大,并伴随着δ’相和θ’相的消耗溶解,材料强度随时效的不断充分而不断提高,峰时效时达到最高强度,之后继续时效进入过时效阶段,材料强度呈下降趋势。通过对不同预变形参数下材料低温力学性能的研究分析发现,2195、2050铝锂合金均具有优异的低温力学性能,测试温度在从室温降至0℃、再至-70℃、最低至-196℃时,材料的屈服强度和抗拉强度提高显著。两种铝锂合金工艺参数选择预变形量7%时材料强度性能均略高于3%工艺参数下材料强度,但强度差异小于5%,并且随着温度的降低,强度差距并无增大现象。由此获得两种铝锂合金较优热处理工艺参数方案,2195铝锂合金工艺参数选择方案为固溶温度510℃,预变形量3%,时效温度160℃,时效时间18h;2050铝锂合金工艺参数选择方案固溶温度525℃,预变形量3%,时效温度160℃,时效时间18h。对较优工艺下两种铝锂合金进行高温力学性能测试发现,两种铝锂合金在100℃和200℃下均能保持一定的力学强度,100℃下两种铝锂合金强度降低幅度相近,200℃时2195铝锂合金强度降低幅度略大于2050铝锂合金。通过对优化工艺下材料热稳定性能研究发现,优化工艺下2195铝锂合金和2050铝锂合金抗晶间腐蚀能力相近,均较为优异,2195铝锂合金在热稳定试验温度100℃和120℃和时间10h时仍能保持与2050铝锂合金相近的抗晶间腐蚀能力,但随着热稳定温度的升高以及时间的延长,2195铝锂合金抗晶间腐蚀能力下降明显,2050铝锂合金仍能保持较高的抗腐蚀能力。剥落腐蚀试验中,2050铝锂合金表现出优于2195铝锂合金的抗腐蚀性能,随着热稳定试验温度的升高、时间的延长,两种铝锂合金的剥落腐蚀敏感性逐渐增加,2195铝锂合金更早的表现出EB级以上腐蚀等级。研究热稳定试验对材料力学性能影响发现,优化热处理工艺下的2195、2050铝锂合金在150℃以下的热稳定处理后屈服强度、抗拉强度变化不大,仍保持与峰时效相近强度;热稳定制度变为270℃10h后,两种铝锂合金强度均有明显的下降。
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