《Al-Cu-Mg合金抗疲勞的溶質原子團簇尺寸效應機理》是依託中南大學，由劉志義擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Al-Cu-Mg合金抗疲勞的溶質原子團簇尺寸效應機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉志義
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對國家大飛機工程對鋁合金耐疲勞損傷性能的需求背景及抗疲勞損傷鋁合金的發展動向，本項目採用三維原子探針、高分辨透射電鏡、透射電鏡、DSC等現代分析方法，研究溶質原子團簇尺寸對模量強化效應的影響、原子團簇與位錯互動作用、原子團簇尺寸對駐留滑移帶的形成、裂紋萌生及短裂紋擴展的影響機理，開展疲勞裂紋尖端溶質原子團簇溶解熱力學及團簇尺寸對原子團簇溶解動力學的影響機理分析，揭示溶質原子團簇尺寸對Al-Cu-Mg合金疲勞性能的影響機理。由此，獲得Al-Cu-Mg合金的新型耐疲勞損傷微結構及其控制方法，發展鋁合金耐疲勞損傷的新型熱處理技術原型和新的熱處理狀態，提升我國鋁合金產業技術水平及航空製造技術水平。
結題摘要
針對國家大飛機工程對鋁合金耐疲勞損傷性能的需求背景及抗疲勞損傷鋁合金的發展動向，本項目採用三維原子探針、透射電鏡、掃描電鏡等分析方法，研究溶質原子團簇尺寸對模量強化效應的影響、對駐留滑移帶的形成、裂紋萌生及裂紋擴展的影響機理，開展疲勞裂紋尖端溶質原子團簇溶解熱力學分析，揭示溶質原子團簇尺寸對Al-Cu-Mg合金疲勞性能的影響機理。所得結果如下： 1．2524合金在170℃下時效5min延長至8h時，由原子團簇模量強化引起的總臨界切應力表現出輕微的波動，說明模量強化效應在硬化平台階段幾乎不變。而在第二硬化階段，大尺寸原子團簇的有序強化效應比模量強化有更重大的貢獻。 2. 170℃/1h和170℃/8h態合金的疲勞裂紋擴展速率低於170℃/0.5h態，這是因為前者不易溶解的大尺寸原子團簇（＞50個原子）數量密度高於後者，從而降低了由團簇溶解導致的循環軟化效應及增大疲勞裂紋擴展抗力。此外，170℃/8h態由於不可切粒子S'相的存在，導致其FCP抗力低於170℃/1h 態。 3. 在疲勞裂紋擴展近門檻區，隨試樣中原子團簇尺寸增大，疲勞裂紋擴展由T351態的絕大部分裂紋沿滑移帶擴展，轉變為170℃/0.5h態和170℃/1h態的非滑移帶及粗糙斷裂面的裂紋擴展；隨著S'相的析出（170℃/8h態），阻止了位錯往復滑移而形成塞積和應力集中，促成了裂紋重新沿滑移帶的快速擴展。而在穩態擴展區，T351態和170℃/0.5h態裂紋沿滑移帶擴展或交替擴展，表現出較高的裂紋擴展速率；在170℃/1h和170℃/8h狀態試樣，團簇尺寸的增大延緩了其在疲勞過程中的溶解和循環軟化，限制了裂紋前端滑移帶的形成，顯著降低了裂紋擴展速率。 4. 170℃/1h態及170℃/8h態合金疲勞裂紋尖端塑性變形區的小尺寸Cu-Mg原子團簇高於原始態，而稍大尺寸Cu-Mg原子團簇（含＞50個原子）的數量密度更低。這是因為疲勞裂紋尖端Cu-Mg原子團簇受到運動位錯的反覆切割，從而逐漸分解成為更小尺寸的原子團簇。 以上結果揭示了2524合金對應最佳疲勞抗力的原子團簇尺寸參量分布為：含20-50個原子的團簇數量密度為54.77×10^22/m^3，含50-100個原子的團簇為47.78×10^22/m^3，含100-200個原子的團簇為2.65×10^22/m^3，對應的最佳熱處理工藝是170℃/1h。
