【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，上海交通大學(xué)材料學(xué)院輕合金精密成型國家工程研究中心吳國華教授團(tuán)隊(duì)在變形鋁鋰(Al-Li)合金強(qiáng)塑性協(xié)同調(diào)控方面取得了重要研究進(jìn)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(fā)表在國際塑性力學(xué)頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《International Journal of Plasticity》上。上海交通大學(xué)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(xué)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(xué)基金的資助。
 

　　鋁鋰合金具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、耐蝕性優(yōu)良等特點(diǎn)，在航空航天、水下域等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)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(qiáng)變形鋁鋰合金，2050、2195、2198等鋁鋰合金常應(yīng)用于飛機(jī)的蒙皮、框架和桁條等關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)。為了提高變形鋁鋰合金的強(qiáng)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(cuò)，以促進(jìn)T1等強(qiáng)化相的析出，提高強(qiáng)化相在變形過程中對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用。然而，T8態(tài)高強(qiáng)度變形鋁鋰合金的塑性往往較低，存在強(qiáng)塑性協(xié)同調(diào)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(guān)鍵領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。因此，亟需針對(duì)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(cuò)的相互作用機(jī)制，從而協(xié)同調(diào)控變形鋁鋰合金的強(qiáng)塑性。
 

　　基于此，吳國華教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)擠壓變形Al-3.5Cu-1Li合金開發(fā)了一種全新的形變熱處理工藝，創(chuàng)新性地在預(yù)變形之前引入預(yù)時(shí)效處理來促進(jìn)亞穩(wěn)態(tài)GP區(qū)的形成，從而緩解了預(yù)變形過程中因位錯(cuò)纏結(jié)造成的局部應(yīng)力集中，獲得了均勻的位錯(cuò)分布；進(jìn)一步地，再通過低溫間斷時(shí)效獲得GP區(qū)(數(shù)納米)和T1相(數(shù)十納米)共存的多尺度異構(gòu)組織。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)T8處理的合金相比，這種特殊的多尺度異構(gòu)組織能有效促進(jìn)位錯(cuò)交滑移來提高合金的應(yīng)變硬化能力，改善合金塑性變形時(shí)位錯(cuò)分布的均勻性。結(jié)果表明，上述制備工藝使合金在保持較高屈服強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，將合金延伸率提高了一倍以上，所制備的合金綜合力學(xué)性能優(yōu)異(屈服強(qiáng)度657 MPa，抗拉強(qiáng)度700 MPa，延伸率13.5%)，突破了變形鋁鋰合金強(qiáng)塑性難以協(xié)調(diào)的關(guān)鍵瓶頸?；阡X鋰合金在塑性變形中的組織演變特點(diǎn)，構(gòu)建了鋁鋰合金塑性變形過程中析出相與位錯(cuò)的相互作用模型，探明了變形鋁鋰合金的強(qiáng)韌化機(jī)制，為高性能變形鋁鋰合金材料開發(fā)與強(qiáng)韌化協(xié)同調(diào)控提供了理論依據(jù)。
 

　　近年來，在丁文江院士的大力支持下，吳國華教授團(tuán)隊(duì)在高性能鋁鋰合金材料開發(fā)與成形技術(shù)方面取得了一系列原創(chuàng)性科研成果，旨在推動(dòng)我國高性能鋁鋰合金的發(fā)展與應(yīng)用。
 

圖1 新型形變熱處理對(duì)位錯(cuò)分布的影響
 

圖2 間斷時(shí)效處理后的析出相形貌與結(jié)構(gòu)
 

圖3 變形失效樣品中位錯(cuò)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(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)變分布的影響
 

圖5 本研究與已發(fā)表論文中實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較