固溶处理对新型铝锂合金组织和性能的影响

　　铝锂合金作为一种新型铝合金材料，具有低密度、高强度、高模量以及良好的抗腐蚀性，是航空航天工业中最具潜力的新型金属材料。与普通铝合金相比，铝锂合金在等强度情况下，密度平均降低10%，弹性模量提高10%，由于它的价格比先进的复合材料便宜得多，被认为是 21世纪航空航天工业最理想的轻质高强材料^[1-3]。固溶处理将合金元素溶到铝基体中，在淬火后可得到高过饱和度固溶体，但同时会发生再结晶。合金元素的固溶度、再结晶度及晶粒尺寸在后续淬火及时效时都会影响到材料最终的强度、断裂韧性、抗应力腐蚀和疲劳性^[4-6]。目前，国内对多个牌号铝锂合金薄板的热处理工艺均有研究^[7-10]，但铝锂合金对固溶工艺较为敏感，不同牌号和成分的铝锂合金，其固溶制度有较大差异; 通过对固溶工艺的研究，使合金时效处理后获得最优的组织状态显得尤为重要。此外，固溶温度的选择既要高于固相线，又须防止过热或过烧行为的发生，并需要通过对固溶温度的选择为时效行为提供较为理想的相变驱动力。本文对不同固溶处理后的新型铝锂合金进行单级人工时效，分析时效后合金的拉伸性能、断口形貌以及相析出情况，研究固溶温度和时间对合金组织和性能的影响。

　　1 试验材料与方法

　　试验材料选用T8态新型铝锂合金轧制薄板，厚度2.1mm，化学成分(质量分数，%)为0.7Li，3.7Cu，0.7Mg，0.34Ag，0.11Zr，0.29Mn，0.32Zn，Al余量。对新型铝锂合金进行固溶处理，固溶温度475～555℃，固溶时间15～45min。由于新型铝锂合金对固溶温度较敏感，固溶处理在KU-15-06-A型空气循环箱式炉中进行，控温精度和温度场均匀性均保持在±1℃以内。固溶后的铝锂合金薄板经水冷后，进行单级人工时效。其中，淬火后常温停放时间≤30min。时效在DHG-9623A恒温鼓风干燥箱中进行，单级时效工艺为165℃×20h，保持干燥箱温度均匀性在±1℃以内。

　　在配有引伸计的CMT-5105型万能电子试验机上，按标准ASTM E8/E8M-08进行拉伸试验，拉伸试验方向垂直于板材轧制方向。对不同热处理状态下的新型铝锂合金超声清洗后，采用FEIQuanta200扫描电子显微镜观察拉伸断口形貌，分析其断裂形貌以及相析出和长大情况。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 固溶温度对新型铝锂合金组织和性能的影响

　　新型铝锂合金不同温度(475～555C)溶30min，水淬+165℃×20h单级人工时效后的力学性能，如图1所示。由图1可知，随固溶温度的升高，新型铝锂合金的抗拉强度和屈服强度升高并最终趋于稳定，其中，屈服强度的提升极为显著; 弹性模量基本保持不变，约为80GPa; 断后伸长率降低明显。随固溶温度的升高，新型铝锂合金的第二相溶解得更加彻底，合金基体的过饱和度增大; 时效后，第二相析出的体积分数越多，合金的硬度和强度越高^[11-12]。当固溶温度为545℃和555℃时，材料的强度增加已不明显，且断后伸长率降至6%左右，材料塑性降低严重。