2397铝锂合金显微组织、拉伸性能和断裂韧性研究.PDF

第 44 卷 第 1 期 稀有金属材料与工程 Vol.44, No.1 2015 年 1 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING January 2015 收稿日期：2014-01-18 作者简介：范春平，女，1989 年生，硕士生，中南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083，电话：0731E-mail: 875738864 @ 2397 铝锂合金显微组织、拉伸性能和 断裂韧性研究 范春平 1，郑子樵 1，贾 敏 1，钟继发 1，程 彬 1，李红萍 2，吴秋萍 2 (1. 中南大学 有色金属材料科学与工程教育部重点实验室，湖南 长沙 410083) (2. 上海飞机设计研究院，上海 200232) 摘 要：通过金相显微镜、透射电镜和扫描电镜观察以及 X 射线织构测量、拉伸试验和平面应变断裂韧性测试，研究 了 130 mm 厚 2397-T87 铝锂合金不同厚度层及不同取向的微观组织、拉伸性能和断裂韧性。结果表明：厚度方向织构 分布不均匀，表层织构以高斯织构为主，中心织构则主要由 β 取向轧制织构和少量立方织构组成，亚表层 T/8 处织构 较弱，且从中心到亚表层，β 取向织构和立方织构含量降低，剪切织构含量增加，T/8 处剪切织构含量最大。L 方向不 同厚度层拉伸性能具有不均匀性，亚表层的抗拉强度（σb）和屈服强度（σ0.2）小于中心，LT 方向拉伸性能差异相对较 小；同一厚度处，合金强度和断裂韧性具有各向异性，σb、σ0.2 的变化规律为：L 方向﹥LT 方向﹥SL 方向，L-T 取向的 断裂韧性最好，T-L 取向次之，S-L 取向最差。 关键词：2397 铝锂合金；织构；拉伸性能；断裂韧性 中图法分类号：TG146.2+1 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2015)01-0091-06 铝锂合金具有密度低、比强度和比刚度高等特点， 已成为航空航天领域最具应用潜力的结构材料之 一[1]。近 10 年来，美国铝业协会陆续注册了 2097、 2197、2297、2397、2099、2199 等 Al-Cu-Li-Mn-(Mg)-(Zn) 系列第 3 代新型铝锂合金，该系列合金因能在实现结 构减重的同时，具有良好的耐损伤性能而引起广泛关 注。其中，2097、2197 合金已取代 2124 铝合金，用 于制造 F16 战机的隔框和部分支撑构件(如舱壁等)， 能使构件服役时间提高 1 倍，很好地满足了 F16 飞机 的使用寿命要求 [2]。2099-T8511 挤压型材已应用于 A380 民航飞机地板结构中，大大减轻了结构重量[3]。 2397 合金具有中等强度、较低的各向异性、较高 的疲劳阻力及断裂韧性、良好的抗应力腐蚀能力和较 低的淬火敏感性等特点，产品形式主要为厚板(38~152 mm)，热处理状态为 T87 态，可部分取代传统 7050 合金厚板产品[4]。2397-T87 合金板材主要应用于对疲 劳性能和应力腐蚀性能有较高要求的结构件，如机身 框梁、横桁、舱段隔框等。目前，国内外针对 2×97 系列合金主要研究了热处理制度对其微观组织和性能 的影响，并着重探讨其强化效应、各向异性及热稳定 性等 [2,5,6]。本实验针对我国大飞机用结构材料的需求 背景，研究了 130 mm 厚 2397-T87 态铝锂合金不同厚 度层和不同取样方向的织构分布、拉伸性能和平面应 变断裂韧性，并探讨合金性能与微观组织的关系，以 期为深入了解该合金性能及推广应用提供依据。 1 实 验 实验所用材料为国外某铝业公司工业化生产的 130 mm 厚 2397 合金板材，供货热处理状态为 T87 态。 合金成分范围(质量分数，%)为：2.8Cu，1.4Li， 0.25 Mg， 0.3 Mn，0.12 Zr，0.1 Zn， 0.12 Ti，余量为 Al。 分别在厚板短横向（ST）以及轧向（L）和长横向 （LT）的 1/8、1/4、3/8 及 1/2 厚度处（分别记为 T/8、 T/4、3T/8 及 T/2）截取圆棒状拉伸试样，其平行段长 度为 30 mm，直径为 5 mm，在 MTS 858 材料试验机上 进行拉伸性能测试。在 1/2 厚度处沿 L-T、T-L 以及 S-L 取向分别截取 3 个紧凑拉伸（CT）试样，测定其平面 应变断裂韧性(K