耐损伤铝合金成分设计及裂纹扩展行为研究

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1、万方数据中图分类号!Q!鱼鱼：兰UDC31硕士学位论文学校代码!Q5兰曼密级公珏耐损伤铝合金成分设计及裂纹扩展行为研究Designofaluminumalloywithhighresistancetodamageandstuayofitsfatiguecrackpropagation作者姓名：钟继发学科专业：材料科学与工程研究方向：材料学学院(系、所)：材料科学与工程学院指导教师：郑子樵教授副指导教师：论文答辩日期2Q!垒：垒：12答辩委员会主席中南大学2014年4月万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中

2、特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：么靴}1、●’，ro学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解

3、密后适应本声明。作者签名：导师签名万方数据中南大学硕士学位论文摘要耐损伤铝合金成分设计及裂纹扩展行为研究摘要：飞机蒙皮类结构经常受交变载荷、不同介质腐蚀环境的作用，这要求航空铝合金在强化的基础上，提升耐损伤、耐腐蚀等关键性能，以满足现代飞机高可靠、长寿命设计目标。作为973研究课题，本课题旨在研究出在强度、韧性和裂纹扩展速率具有良好配合的中强耐损伤新型铝合金。耐损伤性关键指标比国内现有材料水平提高25％以上，薄板性能达到：cr宦430MPa，60，6≥15％，da／dnSl．5×。．2_>350MPa10mm／cycle(AKp=30MPa·m“2)。该材料性能将达到甚至超过国外同类材料的水

4、平，可广泛用于航空航天、交通运输、武器装备等领域。本文通过降低铜含量，引入“、Er等新的合金化元素，设计了四种新的合金成分。通过添加微量元素熔炼得到A1一Cu．Li。Mg—Ag、Al—Cu—Mg—Ag-Mn—Zr、A1一Cu—Li—Mg—Mn—Zr、A1一Cu—Li—Mg—Mn-Zn—Zr四个系列合金，并通过检测各合金的拉伸性能和疲劳裂纹扩展性能，选取具有最佳综合性能的合金作为基础耐损伤铝合金。实验过程中研究了中间退火、时效制度以及稀土元素Er对各类合金微观组织和性能的影响，并采用多种时效制度探索提高合金拉伸性能以及抗疲劳裂纹扩展能力的途径。同时采用了金相偏光观察，扫描电镜(SEM)，透射电

5、镜(TEM)等手段研究了合金的疲劳裂纹萌生机制、早期扩展行为以及长裂纹扩展机制，并详细地探讨了合金的微观组织结构对疲劳裂纹扩展的影响，得出主要结论如下：IAl—Cu—Li-Mg—Ag合金iA1．Cu—Li．Mg．Ag合金经450℃中间退火时发生静态再结晶过程，而385℃中间退火后得到良好的纤维状组织，并使冷轧态板材具有较高的再结晶温度。固溶处理前的退火能有效提高Al—Cu．Li．Mg—Ag合金的再结晶温度，使合金在一定固溶处理温度区间内获得未再结晶组织。适当提高固溶处理温度能有效加快合金的时效响应速度，且在强度相当的情况下，使得A1一Cu．Li—Mg—Ag合金具有较高的延伸率。ii在强度相当

6、的情况下，预变形量在一定范围内的增加，将有效提高A1．Cu—Li—Mg—Ag合金的延伸率，预变形量超过一定值后，其延伸率反而降低。预变形量为20％时，Al—Cu．Li—Mg—Ag合金具有最优良的综合拉伸性能。双级时效制度下合金具有较单级时效更优良的拉伸性能，室温+145℃双级时效制度下A1一Cu—Li．Mg—Ag合金具有比经70℃+145℃双级时万方数据中南大学硕士学位论文摘要效制度下更好的综合拉伸性能，裂纹扩展性能基本一致。Al—Cu—Li—Mg．Ag合金经过540℃(1h)+12％+RT(5d)+145℃(20h)热处理后具有最佳的综合性能。其中抗拉强度Ob=443MPa，屈服强度00．

7、2=397MPa，延伸率(断后伸长率)6=16．5％，裂纹扩展速率da／dn=1．34x10。mm／cycle(ZxK=30MPa～／m)。iii在Al—Cu—Li—Mg—Ag合金中添加微量Zr元素，可有效抑制再结晶晶粒长大，使合金获得非常细小的时效态晶粒组织。但Zr元素的添加并没有提高A1一Cu—Li—Mg．Ag合金的抗裂纹扩展性能。大角度晶界阻碍驻留滑移带的运动，促使A1．Cu—Li．Mg．Ag合金微裂纹