显微组织对2219铝合金蠕变裂纹扩展行为的影响

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2219铝合金在航空航天领域有着广泛的应用,作为耐热铝合金的代表,关于其高温断裂性能的研究却少有报道。本文通过实验分析,探究了载荷及晶粒度对2219铝合金蠕变裂纹扩展性能的影响。  首先对固溶态2219铝合金冷轧变形,变形量分别为50%和75%,随后在400-540℃之间再结晶退火处理,观察其晶粒尺寸和显微硬度随退火温度的变化。结果表明,当退火时间为1h时,随着退火温度的升高,两种变形量的实验材料的晶粒尺寸基本都呈现先减小后增大的趋势,并且都在480℃退火时,平均晶粒尺寸最小;在相同再结晶退火条件下,大变形量可以获得更细小均匀的晶粒;显微硬度则随着退火温度的升高而增大。原材料经50%冷轧变形并在540℃退火1h后,生成等轴晶的平均尺寸为33.20μm;经75%冷轧变形并在520℃退火1h时后,生成等轴晶的平均尺寸19.39μm。  对上述两种等轴晶组织的材料进行310℃不同时间下的高温时效处理,研究材料第二相以及晶粒尺寸随时效时间变化规律,发现两组实验材料的微观组织都在时效16h后达到稳定状态。  为研究载荷对材料蠕变裂纹扩展性能的影响,对时效后的实验材料在300℃开展不同载荷下的蠕变裂纹扩展实验,发现材料在相同时刻的蠕变裂纹扩展速率随着载荷的增加而增大;分别利用断裂力学参数应力强度因子KI、净截面应力σnet和修正J积分C*关联该实验条件下的蠕变裂纹扩展速率,结果发现应力强度因子KI关联性最好;对时效后的两种不同显微组织的实验材料进行相同条件下的蠕变裂纹扩展实验,发现晶粒越小,晶界上第二相越多,材料的抗蠕变裂纹扩展能力越弱;通过对蠕变断裂断口的分析,发现随着蠕变裂纹扩展速率的增加,断裂方式由沿晶脆性断裂逐渐转变为穿晶韧性断裂。
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