【儀表網 研發快訊】近日，上海交通大學材料學院輕合金精密成型國家工程研究中心吳國華教授團隊在變形鋁鋰(Al-Li)合金強塑性協同調控方面取得了重要研究進展，研究成果以“Achieving superior strength-ductility balance by tailoring dislocation density and shearable GP zone of extruded Al-Cu-Li alloy”為題，發表在國際塑性力學頂級學術期刊《International Journal of Plasticity》上。上海交通大學吳國華教授和童鑫助理研究員為該論文的共同通訊作者，博士生徐軒曦為第一作者，江蘇大學汪存龍副教授為該論文的共同作者。該研究工作得到了國家自然科學基金的資助。
鋁鋰合金具有密度低、比強度和比剛度高、耐蝕性優良等特點，在航空航天、水下域等領域具有廣闊的應用前景。研究表明，每向鋁合金中添加1 wt%的Li，合金的密度降低3%，剛度提高6%。作為典型的第三代高強變形鋁鋰合金，2050、2195、2198等鋁鋰合金常應用于飛機的蒙皮、框架和桁條等關鍵承力結構。為了提高變形鋁鋰合金的強度，常采用形變熱處理工藝(T8處理)來向合金基體中引入位錯，以促進T1等強化相的析出，提高強化相在變形過程中對位錯的釘扎作用。然而，T8態高強度變形鋁鋰合金的塑性往往較低，存在強塑性協同調控困難的問題，限制了高性能變形鋁鋰合金材料在航空航天等關鍵領域的推廣應用。因此，亟需針對鋁鋰合金的形變熱處理展開研究，并探明鋁鋰合金在塑性變形過程中各類析出相與位錯的相互作用機制，從而協同調控變形鋁鋰合金的強塑性。
基于此，吳國華教授團隊針對擠壓變形Al-3.5Cu-1Li合金開發了一種全新的形變熱處理工藝，創新性地在預變形之前引入預時效處理來促進亞穩態GP區的形成，從而緩解了預變形過程中因位錯纏結造成的局部應力集中，獲得了均勻的位錯分布；進一步地，再通過低溫間斷時效獲得GP區(數納米)和T1相(數十納米)共存的多尺度異構組織。研究發現，與傳統T8處理的合金相比，這種特殊的多尺度異構組織能有效促進位錯交滑移來提高合金的應變硬化能力，改善合金塑性變形時位錯分布的均勻性。結果表明，上述制備工藝使合金在保持較高屈服強度的基礎上，將合金延伸率提高了一倍以上，所制備的合金綜合力學性能優異(屈服強度657 MPa，抗拉強度700 MPa，延伸率13.5%)，突破了變形鋁鋰合金強塑性難以協調的關鍵瓶頸。基于鋁鋰合金在塑性變形中的組織演變特點，構建了鋁鋰合金塑性變形過程中析出相與位錯的相互作用模型，探明了變形鋁鋰合金的強韌化機制，為高性能變形鋁鋰合金材料開發與強韌化協同調控提供了理論依據。
近年來，在丁文江院士的大力支持下，吳國華教授團隊在高性能鋁鋰合金材料開發與成形技術方面取得了一系列原創性科研成果，旨在推動我國高性能鋁鋰合金的發展與應用。
圖1 新型形變熱處理對位錯分布的影響
圖2 間斷時效處理后的析出相形貌與結構
圖3 變形失效樣品中位錯與析出相的相互作用過程
圖4 新型形變熱處理中形成的組織結構對應變分布的影響
圖5 本研究與已發表論文中實驗結果的比較
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