626· 北京科技大学学报 第30卷 的组织要发生变化，从而引起性能改变.为保证合 500 38 金在高温下长时间使用，需要找出飞行使用条件下 450F 34 合金强度随温度和时间的变化关系.用热暴露模拟 30 400- 飞行使用条件，测定合金的组织随热暴露温度和时 一4一抗拉强度 26￥ 间的变化关系，就可以为飞机安全飞行提供可靠的 350 一一屈服强度 22 一·一延伸率 设计数据.本文通过性能测试和显微组织观察，研 300 究热暴露对一种AC一Mg一Ag合金的组织和拉 14 250 伸性能影响. 10 200- 02 4 1实验材料和实验方法 681012146 时效时间h 实验材料为西南某铝合金公司提供坯料，合金 图1合金在165℃时效的室温力学性能曲线 的化学成分见表1. Fig.I Mechanical properties of the alloy at room temperature after ageing at165℃ 表1实验用合金化学成分（质量分数） Table I Chemical composition of the experim ental A-Cu-MgAg alloy 铝合金固溶处理后急速冷却（即淬火），从而使 % 溶入固溶体的合金元素来不及析出，形成过饱和固 Cu Mg Ag Mn Zr Fe Si Al 溶体.固溶体加热时铝合金中会形成一定数量的晶 4620490560320140.02001Bd. 格空位.淬火不仅使溶质原子过饱和地留在固溶体 里，而且还能使这些空位被冻结在晶格内，过饱和 铸锭合金经420℃×6h十515℃X6h均匀化处 空位的存在为时效过程中形成偏聚区(GP区)提供 理后，在470℃温度下轧制成1.5mm左右的薄板. 了溶质原子扩散和富集的条件.由于过饱和固溶体 薄板在515℃X6h固溶处理.水淬至室温，在165℃ 是不稳定的，经过加热保温会产生脱溶析出过程. 进行时效处理.采用欠时效态(165℃×2h)的试样 对于高Cu/Mg比的A一Cu一Mg合金，添加微量的 在恒温干燥箱里进行150.200.250和300℃不同 Ag促进Ω相的析出.关于Ω相的形核析出存在着 温度的热暴露实验，暴露时间分别为0,10,20， 许多观点和说法1.Murayama和Hono☑对 50,80,100及1000h,力学性能实验在CSS一44100 A-1.9C0.3Mg0.2Ag(原子分数，%)合金进行 万能电子拉伸机上进行.TEM试样先用水磨砂纸 了三维原子探针(3DAP)分析，其观察分析结果表 和金相砂纸机械减薄至100m以下，然后在MTP 明：在180℃时效初期(15s),大部分Mg和Ag原子 I型双喷电解减薄仪上进行双喷，电压为12~15V, 形成原子共簇（原子比接近1），还有少量Ag原子团 工作电流控制在70~90mA.双喷时采用液氮将电 簇存在，这些原子在此时还没有分布在{11}。面 解液(1/3硝酸和2/3甲醇混合液)冷却至一20℃左 上，Cu原子也未包含在这些原子团簇内；时效120s 右.电镜观察在TECNAL-G2上进行，加速电压为 后，Mg和Ag明显在{111}a面上聚集，Cu原子形成 200kV. 包围Mg和Ag原子共簇的析出物，并显示出明显的 2实验结果与分析 (111}面片状析出物的特征. 在析出过程中，随着时效持续时间的增加，析出 2.1合金在165℃时效的力学性能 物逐渐变多变大，各析出物之间的距离缩短，强度也 图1为合金在165℃时效过程的室温拉伸性能 逐渐增高，直至极大值.以后，随着时效持续时间继 曲线.从图中可以看出，合金的时效过程具有典型 续增加，析出物变得更多更大，析出物间距更短，而 时效特征，即经历了欠时效、峰值时效和过时效三个 强度却不断降低，而进入过时效阶段. 阶段.合金的强度随时效时间的延长，其值逐渐增 2.2合金在不同温度下热暴露后的室温力学性能 大，时效2h时，o为450MPa,oa2为400MPa,对 采用欠时效态(165℃×2h)的试样经150， 应的延伸率G为13.68%.强度峰值出现在时效 200,250和300℃不同温度的热暴露不同时间后的 10h,此时o为479.13MPa,o02为467MPa,对应 室温拉伸性能分别见图2.从图2()中可知，试样 的延伸率G为8.78%.继续延长时效时间，其强度 在150℃温度下热暴露时，抗拉强度随着时间增 值又逐渐降低进入过时效阶段.延伸率随时效时间 加而提高，峰值出现在100h,而后缓慢下降，在 的延长而逐渐降低。 1000h时其抗拉强度o.为402MPa,与欠时效态的的组织要发生变化, 从而引起性能改变.为保证合 金在高温下长时间使用, 需要找出飞行使用条件下 合金强度随温度和时间的变化关系.用热暴露模拟 飞行使用条件, 测定合金的组织随热暴露温度和时 间的变化关系, 就可以为飞机安全飞行提供可靠的 设计数据.本文通过性能测试和显微组织观察, 研 究热暴露对一种 Al -Cu-Mg -Ag 合金的组织和拉 伸性能影响. 1 实验材料和实验方法 实验材料为西南某铝合金公司提供坯料, 合金 的化学成分见表 1 . 表 1 实验用合金化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the experim ental Al-Cu-Mg-Ag alloy % Cu Mg Ag Mn Zr Fe Si Al 4.62 0.49 0.56 0.32 0.14 0.02 0.01 Bal. 铸锭合金经420 ℃×6 h +515 ℃×6h 均匀化处 理后, 在 470 ℃温度下轧制成 1.5 mm 左右的薄板 . 薄板在515 ℃×6h 固溶处理, 水淬至室温, 在 165 ℃ 进行时效处理.采用欠时效态( 165 ℃×2 h) 的试样 在恒温干燥箱里进行 150, 200, 250 和 300 ℃不同 温度的热暴露实验, 暴露时间分别为 0, 10, 20, 50, 80, 100 及 1 000 h, 力学性能实验在CSS-44100 万能电子拉伸机上进行 .TEM 试样先用水磨砂纸 和金相砂纸机械减薄至 100 μm 以下, 然后在 M TP- Ⅰ型双喷电解减薄仪上进行双喷, 电压为12 ～ 15 V, 工作电流控制在 70 ～ 90 mA .双喷时采用液氮将电 解液( 1/3 硝酸和 2/3 甲醇混合液) 冷却至 -20 ℃左 右.电镜观察在 TECNAL-G 2 上进行, 加速电压为 200 kV . 2 实验结果与分析 2.1 合金在 165 ℃时效的力学性能 图 1 为合金在 165 ℃时效过程的室温拉伸性能 曲线.从图中可以看出, 合金的时效过程具有典型 时效特征, 即经历了欠时效、峰值时效和过时效三个 阶段.合金的强度随时效时间的延长, 其值逐渐增 大, 时效2 h 时, σb 为 450 M Pa, σ0.2为 400 M Pa, 对 应的延伸率 δ5 为 13.68 %.强度峰值出现在时效 10 h, 此时 σb 为 479.13 M Pa, σ0.2为 467 MPa, 对应 的延伸率 δ5 为 8.78 %.继续延长时效时间, 其强度 值又逐渐降低进入过时效阶段 .延伸率随时效时间 的延长而逐渐降低. 图 1 合金在 165 ℃时效的室温力学性能曲线 Fig.1 Mechanical properties of the alloy at room temperature after ageing at 165 ℃ 铝合金固溶处理后急速冷却( 即淬火) , 从而使 溶入固溶体的合金元素来不及析出, 形成过饱和固 溶体.固溶体加热时铝合金中会形成一定数量的晶 格空位 .淬火不仅使溶质原子过饱和地留在固溶体 里, 而且还能使这些空位被冻结在晶格内 .过饱和 空位的存在为时效过程中形成偏聚区( GP 区) 提供 了溶质原子扩散和富集的条件.由于过饱和固溶体 是不稳定的, 经过加热保温会产生脱溶析出过程. 对于高 Cu/Mg 比的 Al-Cu -M g 合金, 添加微量的 Ag 促进 Ψ相的析出 .关于 Ψ相的形核析出存在着 许多观点和说法 [ 11-15] .Murayama 和 Hono [ 12] 对 Al-1.9Cu-0.3Mg-0.2Ag ( 原子分数, %) 合金进行 了三维原子探针( 3DAP) 分析, 其观察分析结果表 明 :在 180 ℃时效初期( 15 s) , 大部分 Mg 和 Ag 原子 形成原子共簇( 原子比接近 1) , 还有少量 Ag 原子团 簇存在, 这些原子在此时还没有分布在{111}α面 上, Cu 原子也未包含在这些原子团簇内;时效 120 s 后, Mg 和 Ag 明显在{111}α面上聚集, Cu 原子形成 包围M g 和 Ag 原子共簇的析出物, 并显示出明显的 {111}面片状析出物的特征 . 在析出过程中, 随着时效持续时间的增加, 析出 物逐渐变多变大, 各析出物之间的距离缩短, 强度也 逐渐增高, 直至极大值 .以后, 随着时效持续时间继 续增加, 析出物变得更多更大, 析出物间距更短, 而 强度却不断降低, 而进入过时效阶段 . 2.2 合金在不同温度下热暴露后的室温力学性能 采用欠时效态( 165 ℃×2 h ) 的试样经 150, 200, 250 和 300 ℃不同温度的热暴露不同时间后的 室温拉伸性能分别见图 2 .从图 2( a) 中可知, 试样 在 150 ℃温度下热暴露时, 抗拉强度 σb 随着时间增 加而提高, 峰值出现在 100 h, 而后缓慢下降, 在 1 000 h时其抗拉强度 σb 为 402 M Pa, 与欠时效态的 · 626 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 30 卷