2A66铝锂合金往复墩-挤大塑性变形微观结构演变规律及强韧化机制研究

Al-Li alloy is a kind of potential material for application in the field of aerospace, owing to its high specific strength and stiffness, high elastic modulus, good fatigue resistance and weldability. However, the alloy exhibits the fibrous structure, such as elongated grains, the impurity particles and second phase distributed along the direction of the metal plastic flowing during the normal deformation, which is an important issue in its application. In the present project, 2A66 Al-Li alloy were deformed by a modified repeated upsetting and extrusion (RUE) process for the purpose of refining grains, weakening fibrous structure, improveing distributed uniformity and morphology of the impurity particles and second phase, abating of anisotropy, enhancing damage resistance limit and fatigue strength of 2A66 Al-Li alloy. The deformation mechanisms, the evolution law of the microstructure and tensile properties during multi-pass RUE process was studied; moreover, the strengthening and toughening mechanism of RUE processed 2A66 Al-Li alloy was explored. The purpose of this investigation lies in providing a theoretical guidance for the industrial preparation of high-performance 2A66 Al-Li alloy with fined-grain microstructure, uniform second phases and impurity particles distribution.

铝锂合金具有高比强度、高比刚度、高弹性模量和良好的可焊性，是航空航天领域最具应用潜力的结构材料。但铝锂合金单向挤压机械纤维(流线)和晶体学纤维呈明显各向异性，晶粒沿挤压方向被拉长，形成纤维组织，使晶界的杂质、第二相粒子的形貌与分布呈带状限制了铝锂合金的应用。项目采用往复镦-挤技术对2A66铝锂合金进行大塑性变形，通过对试样连续的镦粗和挤压塑性变形，获得等轴的细晶组织，消除铝锂合金单向挤压机械纤维组织，改善晶界杂质、第二相粒子的形貌与分布的均匀性，解决2A66铝锂合组织的各向异性问题，提高其耐损伤及抗疲劳性能。项目主要研究2A66铝锂合金往复镦-挤的变形机制、组织结构演变规律及其对力学性能的影响，揭示铝锂合金往复镦-挤变形的强化韧化机制，为利用往复镦-挤变形技术改善铝锂合金形变组织的均匀性，细化晶粒，进一步提高其强韧性指标，制备高强高韧铝锂合金型材奠定理论基础。

铝锂合金具有低密度、高的比强度、比刚度、高的弹性模量、良好的疲劳性能，是非常有潜力的航天航空结构材料，在航天航空领域有良好的应用前景。本文利用往复镦挤大塑性变形工艺对2A66铝锂合金进行加工，旨在细化铝锂合金晶粒，降低变形织构，使2A66铝锂合金组织更均匀，并改善2A66铝锂合金的各向异性，提高2A66铝锂合金的综合性能，推动2A66铝锂合金在我国航天航空领域的应用。本项目研究了2A66铝锂合金不同往复镦挤变形量（每道次变形量为1.708）和往复镦挤试样不同位置的晶粒形貌、晶界结构和织构等组织特征和力学性能。并探明了2A66铝锂合金往复镦挤过程中的晶粒细化机制和韧化机制。主要结论有：（1）往复镦挤变形可以有效细化2A66铝锂合金的晶粒并获得以大角度晶界为主的组织。往复镦挤3道次后，2A66铝锂合金的平均晶粒尺寸从挤压态的140μm左右细化到了4μm左右。挤压态2A66铝锂合金中以<5°的小角度晶界为主，大角度晶界占比为47.28%，往复镦挤3道次后大角度晶界的占比增加到86.37%。往复镦挤过程中2A66铝锂合金的晶粒细化机制是非连续动态再结晶机制和连续动态再结晶复合细化机制，随变形量增加非连续动态再结晶逐渐减弱。（2）往复镦挤变形可以有效改善2A66铝锂合金的织构。往复镦挤变形3道次后2A66铝锂合金的织构强度由最初的97.743降低到了21.486。往复镦挤变形过程中织构成分也在发生变化。挤压态的2A66铝锂合金中的织构以{112}<111>+{110}<111>织构为主，往复镦挤3道次后2A66铝锂合金中的织构以{001}<100>+{112}<111>织构为主。（3）随着往复镦挤变形量的增加，2A66铝锂合金的塑性大大提高，由挤压态的18.2%提高到了往复镦挤3道次的34.2%，但抗拉强度和屈服强度略有下降。往复镦挤过程2A66铝锂合金的力学性能的变化是位错强韧化、织构强韧化、晶界强韧化和析出相强韧化共同作用的结果。