2524铝合金薄板平面各向异性研究

金相样品取自两种状态板材的轧面 、横截面和
纵截面 , 金相显微分析在 POLYVER-MET显微镜上
进行 , 样品采用 Keller试剂腐蚀 。 透射电镜薄膜样
值 。按公式 (1)计算平面各向异性指数 IPA。
IPA=(4Xmax -Xmid1 -Xmid2 -Xmid3 -Xmin)/4Xmax
品经机械预减薄后采用双喷电解减薄 , 电解液为硝 酸与甲醇混合液 (体积比为 1∶3), 电解减薄温度低 于 -20℃。透射电子显微组织观察在 TECNAIG220 电镜上进行 , 加速电压为 200kV。
2 实验结果
2.1 不同取向条件下的 2524铝合金板材的力学性能 不同取向条件下 2524铝合金板材的拉伸力学 性能测试结果见表 2和图 2。
第 29卷 第 1期 2009年 2月
航 空 材 料 学 报
JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALS
Vol.29, No.1 February 2009
2524铝合金薄板平面各向异性研究
郭加林 1 , 尹志民 1 , 商宝川 1 , 聂 波2 , 何振波1, 2
(1.中南大学 材料科学与工程学院 , 长沙 410083;2.东北轻合金有限责任公司 , 哈尔滨 150060)
摘要 :采用室温拉伸性能测试 、金 相组织观察 、XRD反极图测定和透射电子显微分析等方 法研究了冷 轧态和 T3态 2mm厚 2524铝合金薄板不同取向条件下的显微组织和拉伸 力学性能 。 以 {110}<112 >单组 分织构 模型为 基础 , 研究了织构与平面各向 异性的关系 。 结果表明 , 2524冷轧态和 T3态铝合金薄板在与轧制方 向成 45°和 60°方向上 的强度较 0°、30°和 90°方向上的强度低 , 延伸率则是 45°方 向上最 高 ;轧 向力学 性能优 于横向 力学性 能 ;冷 轧态合 金薄板的平面各向异性 高于 T3态合金 板材 ;2524冷轧态合金薄板的主要织构为 {110}<112 >, 次要 织构为 {311} <112 >;2524-T3态铝合金成品薄板的主要织构为 {110}<001 >;2524铝合 金薄板的 平面各向异 性与合金 的晶粒 结构以及晶体学织构密 切有关 , 其中晶体学织构是造成合金板材平面各向异 性的主要原因 。 关键词 :2524铝合金 ;力学性能 ;平面各向异性 ;反极图 ;晶体织构 中图分类号 :TG146.2 文献标识码 :A 文章编 号 :1005-5053(2009)01-0001-06
{001}晶面的极密度最大 (4.455), 即 {001}晶面平 行横截面的晶粒数最多 ;表明 T3态板材的主要织构 为 {110}<001 >。 综上可知 , 2524冷轧态和 T3态 铝合金板材表现出明显不同的晶体学织构 。
图 3 2524合金板材冷轧 态和 T3态三个 面的反极图 冷轧态 :(a)轧向 ; (b)轧面法向 ;(c)横向 T3态 :(d)轧向 ;(e)轧面法向 ;(f)横向
1.2 拉伸力学性能测试 拉伸力学性能样品取自冷轧态和 T3态的板材 。 在轧制面内分别对两种状态的试样沿与轧制方向呈
收稿日期 :2008-07-26;修订日期 :2008-10-23 基金项目 :国家 “ 973”重点基础研究项目 (G2005CB623705) 作者简介 :郭加林 (1982— ), 男 , 硕士研究生 , 从事高 性能 铝合金的研究 , (E-mail)gjlzndx@ 163.com 通讯作者 :尹志民 , 教授 , (E-mail)yin-grp@csu.edu.cn。
2.3 两种不同状态 2524铝合金板材的显微组织结构 对冷轧态和 T3态 2524铝合金薄板的金相组织 和透射电子显微组织进行了观察和分析 , 典型例子 见图 4和图 5 所示 。图 4金相组织观察表明 , 冷轧 态板材为煎饼状非再结晶组织 , 第二相和未溶相较
多且比较粗大 ;T3态板材为不完全的再结晶组织 , 晶粒比较细小 , 第二相和未溶相较少 , 还可看到少量 的纤维状晶粒结构 。图 5透射电子显微组织观察表 明 , 冷轧态板材具有明显的位错亚结构 , 固溶体内第 二相粗大 , 白色部分是由于粗大的粒子在双喷时脱
表 2 不同处理状 态 2524铝合 金板材拉伸力学性能和平面各向异性指数
Table2 Tensilemechanicalpropertiesandin-planeanisotropyof2524 aluminumalloysheetunderdifferentcondition
Orientation
{HKL}的轴密度参量 PHKL, 之后确定 {HKL}极点在
极射赤面投影三角形中的直角坐标 XHKL, YHKL值 , 用
等高线绘图软件 Surfer8.0绘出反极图 。
∑ ∑
PHKL
= IHKL I标 HKL
n 1
(NHKL I标IHHKKLL)
n
NHKL
1
1.5 合金的显微组织观察
(2)
0° 3 0° 4 5° 6 0° 9 0° IPA/%
σb/MPa 3 71 3 75 3 72 3 76 3 91 4.5
Coldrollingcondition σ0.2 /MPa 3 63 3 59 3 48 3 39 3 49 3.9
δ/% 1.8 2.9 3.9 3.5 3.9 22.4
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第 29卷
图 5 两种不同状态 2524合金板材的透射电子显微组织 Fig.5 TEM microstructureofthe2524 alloysheetoftwodifferentcondition
×100%
(1)
1.4 板材晶体学反极图的测定
由于板材厚度较薄 , 为了使测量的结果更准确 ,
试样采用 5层叠加的组合试样 。 在理学 D/max2000
型 18kw转靶 X射线衍射仪上 , 选用 CuKα辐射测定
两种板材轧面 、横截面 和纵截 面的 X射线 衍射图
谱 , 衍射角范围为 2θ=20 ～ 159°。 采用 Horta修正 的 Harris-Mueller反极 图 法 [ 9] , 按 公 式 (2)计 算各
σb/MPa 4 85 4 84 4 73 4 68 4 79 1.9
T3 condition σ0.2 /MPa 3 54 3 41 3 36 3 32 3 33 5.2
δ/% 18.2 19.9 20.1 19.6 18.7 5.0
图 2 不同处理状态 2524铝合金板材拉伸力学 性能与取样方向关系
第 1期
2524 铝合 金薄 板平 面各 向异 性研 究
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多 ;表明冷轧 态板材的主要织构为 {110}<112 >, 次要织构为 {311}<112 >。 对于 T3态板材 , 图 3d 中轧面上 {110}晶面极密度最大 (1.502), 即 {110} 晶面平行于轧面的晶粒数最多 , 其次是 {331}晶面 (1.023)和 {211}晶面 (1.018);图 3e中 , 横截面上
图 4 两种不同状态 2524合金板材的金相显微组织 (RD-RollingDirection;TD-TransverseDirection) Fig.4 Metallographicmicrostructureofthe2524 alloysheetoftwodifferentcondition (a)coldrollingcondition;(b)T3 condition
Fig.2 Orientቤተ መጻሕፍቲ ባይዱtiondependenceoftensilemechanical propertiesof2524 alumimum alloysheetunder differentcondition
结果表明 , 总的趋势是 2524 冷轧态和 T3态合 金板材在与轧制方向成 45°和 60°方向上的强度较 0°, 30°和 90°方向上的强度低 ;延伸率则在 45°方向 上最高 , 纵向最低 ;两种状态的合金板材纵向强度都 比横向强度高 ;冷轧态合金板材较 T3态合金板材的 平面各向异性指数 IPA大一些 。 2.2 不同取向条件下的 2524铝合金板材的织构 不同取向条件下 2524铝合金冷轧态和 T3态板 材轧面 、横截面和纵截面的晶体学反极图如图 3所 示 。 结果表明 , 对 于 冷轧 态板 材 , 图 3a中 轧面 上 {110}晶面的极密度最大 (2.524), 即 {110}晶面平 行于 轧 面 的 晶 粒 数 最 多 , 其 次 是 {311}晶 面 (1.717);图 3b中横截面上 {211}晶面的极密度最 大 (3.146), 即 {211}晶面 平行横截 面的晶粒 数最
0°(轧向 )、30°, 45°, 60°, 90°(横向 )共 5个方向上切 取拉伸试样 , 如图 1所示 。试样按照 GB6397— 1986 《金属拉伸试验试样 》的规定进行加工 , 之后在 CSS44100材料试验机上进行实验 。 1.3 平面各向异性指数 IPA计算 按 文献 [ 7, 8] 提 供 的 下式 方 法 进行 计 算 , 其 中 Xmax, XSmin分别表示 5个取样方向上 σb, σ0.2 , δ的最 大值和最小值 , Xmid1 , Xmid2 , Xmid3分别对应 3个中间
2524铝合 金是继 2024 和 2124 铝合金之后开 发出来的新型 、综合性能较好的 Al-Cu-Mg系高强高 韧合金 [ 1 ～ 3] 。合金力学性能的平面各向异性会给合 金的使用带来了许多的局限 , 工程设计时只能以性 能较低的方向作为设计依据 , 同时还会增加材料成 型加工时的难度 , 所以多晶材料平面各向异性越来 越受到人们的关注 , 是研制高性能铝合金板材时必 须考虑的一个重要性能指标 。关于 2524铝合金成 分 、组织 、性 能的研究 已经有许 多的报 道[ 4 ～ 6] 。 但 是 , 关于这种合金力学性能平面各向异性的研究还 鲜见报道 。本工作对比研究了不同取向条件下 2524铝合金冷轧态和 T3态板材的力学性能与微观 组织的关系 , 并从晶粒结构 、晶体学织构和析出相对
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图 1 合金板材拉伸试样取样方向 Fig.1 Tensilespecimensofdifferentorientationin
rollingplaneofalloysheet (RD— Rolling direction;TD— Transversedirection)
Fig.3 Inversepolefiguresofthreeplanesofcold-rollingandT3 of2524 alloysheet Thecoldrollingcondition:(a)rollingplane;(b)transversesection;(c)longitudinalsection; TheT3 condition:(d)rollingplane;(e)transversesection;(f)longitudinalsection
Cu 4.23
表 1 2524铝合金化学成分 (质量分数 /%)
Table1 Thechemicalcompositionof2524 aluminum alloy(massfraction/%)
Mg
Mn
Fe
Si
Cr
Ti
Zn
1.41
0.56
0.0 8
0.0 6
<0.05
<0.05
<0.1 5
Al Bal
性能的影响入手 , 对 2524铝合金板材各向异性的影 响因素及形成机理进行了研究和探讨 , 旨在为这种 铝合金在航空上的应用提供实验依据 。
1 材料与实验方法
1.1 材料 实验用合金为 2mm厚的板材 , 由东北轻合金有 限责任公司提供 , 合金成分见表 1。 铸锭均匀化工 艺为 480 ～ 490℃ /12h;400 ～ 430℃ /6h热轧至 6mm 再冷轧至 2.2mm;之后 进行 T3 处 理 , 即 冷轧 板经 498℃ /17min固溶淬火 , 压光矫直 至 2.0 mm, 自然 时效 96h以上 。