游任軒，馬運(yùn)柱，湯婭，趙心閱，劉文勝

單級(jí)時(shí)效處理對(duì)2A97鋁鋰合金組織、力學(xué)性能和腐蝕性能的影響

游任軒，馬運(yùn)柱，湯婭，趙心閱，劉文勝

(中南大學(xué) 粉末冶金研究院，長(zhǎng)沙 410083)

為了確定單級(jí)時(shí)效制度對(duì)2A97鋁鋰合金組織、力學(xué)性能和腐蝕性能的影響，采用室溫拉伸、晶間腐蝕、剝落腐蝕、電化學(xué)腐蝕和TEM觀察等方法，對(duì)不同單級(jí)時(shí)效處理后的合金組織和性能進(jìn)行表征測(cè)試。結(jié)果表明：隨著時(shí)效溫度升高，2A97鋁鋰合金達(dá)到最佳力學(xué)性能所需時(shí)間縮短。隨時(shí)效溫度升高、時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，合金的抗腐蝕性能下降。165 ℃時(shí)效60 h后，合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別達(dá)到549 MPa、484 MPa和8.8%，晶間腐蝕等級(jí)為4級(jí)，剝落腐蝕評(píng)級(jí)EC。

2A97鋁鋰合金；單級(jí)時(shí)效；顯微組織；力學(xué)性能；腐蝕性能

鋁鋰合金由于低密度、高比強(qiáng)度、高比剛度和高彈性模量的特點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。鋁合金中每加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鋰，可提升6%的彈性模量并降低3%的密度[1?3]。然而因鋰元素的存在，鋁鋰合金在使用過(guò)程中較其他鋁合金更容易受到腐蝕，從而導(dǎo)致使用壽命降低[4?5]。

2A97鋁鋰合金是我國(guó)自主研發(fā)的一種新型可熱處理強(qiáng)化Al-Cu-Li合金[6]，因其優(yōu)異的綜合性能及廣泛的應(yīng)用前景對(duì)我國(guó)航空航天領(lǐng)域具有重要的意義。高文理等[7]對(duì)比了165 ℃、185 ℃和200 ℃單級(jí)時(shí)效和(200 ℃/6 h)+(165 ℃/6 h)雙級(jí)時(shí)效對(duì)2A97鋁鋰合金組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)與單級(jí)時(shí)效相比，雙級(jí)時(shí)效合金的力學(xué)性能更好，伸長(zhǎng)率較低。鐘申等[6]發(fā)現(xiàn)135 ℃單級(jí)時(shí)效后2A97鋁鋰合金的強(qiáng)度較低，斷裂韌性較好，經(jīng)(135 ℃/36 h)+(150 ℃/18 h)雙級(jí)時(shí)效后合金強(qiáng)韌性匹配較好。廖忠全等[1]發(fā)現(xiàn)與135 ℃單級(jí)時(shí)效合金相比，(135 ℃/36 h+175 ℃)雙級(jí)時(shí)效處理的合金具有更高的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。林毅等[8]研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)分步變形+雙級(jí)時(shí)效可調(diào)控2A97合金晶界及晶內(nèi)組織，從而獲得高強(qiáng)韌性和耐晶間腐蝕性能合金。盡管已有大量2A97鋁鋰合金熱處理制度的相關(guān)研究，但研究者關(guān)注的重點(diǎn)主要在強(qiáng)韌性及多級(jí)時(shí)效帶來(lái)的耐腐蝕性能改變。

鋁鋰合金的晶間腐蝕通常為電化學(xué)腐蝕，發(fā)生在晶界。這是由于晶界容易產(chǎn)生原子富集和第二相析出，導(dǎo)致局部的電化學(xué)性能不均勻，成為陽(yáng)極優(yōu)先溶解發(fā)生腐蝕。當(dāng)晶間析出相呈連續(xù)分布時(shí)，鋁合金的晶間腐蝕性能抗力明顯降低[5, 9?10]。李勁風(fēng)等[11]歸納總結(jié)了第二相在鋁合金局部腐蝕中的作用機(jī)制，對(duì)S相(Al2CuMg)和T1相(Al2CuLi)在鋁合金局部腐蝕中的作用提出了不同觀點(diǎn)。鋁合金剝落腐蝕是一種特殊的晶間腐蝕，當(dāng)合金已經(jīng)有晶間腐蝕傾向時(shí)往往能進(jìn)一步發(fā)展為剝落腐蝕。合金中晶粒和晶界之間存在電位差從而導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕，而高強(qiáng)鋁鋰合金中可溶性元素Cu、Mg的腐蝕產(chǎn)物不斷產(chǎn)生外部推力。外部推力越大，晶界處的電位差導(dǎo)致剝落腐蝕加速，從而促進(jìn)裂紋擴(kuò)展并破壞材料的結(jié)構(gòu)[12?13]。

單級(jí)時(shí)效工藝操作簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，是可熱處理強(qiáng)化鋁合金最主要的熱處理手段。本文以2A97鋁鋰合金熱軋板為研究對(duì)象，研究單級(jí)時(shí)效工藝對(duì)2A97鋁鋰合金的顯微組織、力學(xué)性能和腐蝕性能的影響，為合金的生產(chǎn)提供工藝指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原料為20 mm厚的2A97鋁鋰合金熱軋板，實(shí)測(cè)成分為Al-3.44Cu-1.39Li-0.40Mg-0.28Mn-0.15Zr- 0.06Ti-0.15Fe-0.03Si(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)。板材首先在(520± 2) ℃下固溶處理2 h[14]，室溫水淬后進(jìn)行時(shí)效處理，根據(jù)前期研究及參考相關(guān)文獻(xiàn)[15?16]，制定單級(jí)時(shí)效工藝如表1所列。

表1 2A97鋁鋰合金軋制板材的單級(jí)時(shí)效工藝

對(duì)時(shí)效后的2A97鋁鋰合金試樣進(jìn)行力學(xué)性能和腐蝕性能測(cè)試，樣品的形狀尺寸如圖1所示。拉伸試樣的取樣方向?yàn)镽D軋制方向，以2 mm/min的拉伸速度，在Instron 3369試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試樣品的力學(xué)性能。晶間腐蝕(intergranular corrosion, IGC)試驗(yàn)按照GB/T 7998—2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。剝落腐蝕(exfoliation corrosion, EXCO)測(cè)試按照GB/T 22639—2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。電化學(xué)測(cè)試采用三電極方法進(jìn)行，切割暴露面積為1 cm2的樣品用作工作電極，測(cè)試面為軋制面，電化學(xué)溶液為3.5%NaCl(質(zhì)量分?jǐn)?shù))溶液。使用Nava Nano SEM230掃描電子顯微鏡觀察樣品拉伸斷口形貌。通過(guò)TitanG2 60-300透射電子顯微鏡深入觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)，其中TEM樣品通過(guò)DJ2000電解雙噴儀制備。

圖1 測(cè)試樣品的形狀與尺寸示意圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 微觀組織

圖2為不同時(shí)效條件下2A97鋁鋰合金的TEM圖和SAED圖譜。2A97鋁鋰合金主要析出相包括T1(Al2CuLi)、θ′(Al2Cu)、δ′(Al3Li)和β′(Al3Zr)等納米尺度相。經(jīng)145℃時(shí)效132 h，合金基體內(nèi)析出大量細(xì)小的θ′相，少量的δ′相和β′相，如圖2(b)所示，T1相少量分布在晶界呈現(xiàn)斷續(xù)分布。提高溫度至165 ℃，時(shí)效60 h的合金基體內(nèi)均勻析出大量的T1相和少量θ′、δ′和β′相(見(jiàn)圖2(d～e))。185℃時(shí)效10 h，合金基體內(nèi)僅析出粗化的T1相，且呈不均勻分布，晶界處出現(xiàn)了明顯的無(wú)沉淀析出帶(precipitation free zone, PFZ)，如圖2(h)所示。

圖3為165℃時(shí)效不同時(shí)間的2A97鋁鋰合金的TEM圖和SAED圖譜。時(shí)效12 h的合金基體中析出了大量θ′相，同時(shí)還可觀察到δ′+β′相(見(jiàn)圖3(a)～(c))。隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)至60 h，T1相的析出消耗了大量θ′相，導(dǎo)致θ′相數(shù)量大幅減少。T1相長(zhǎng)度在100～200 nm左右，且晶界有T1相穿過(guò)(見(jiàn)圖3(d)～(f))。時(shí)效時(shí)間為108 h時(shí)，T1相進(jìn)一步粗化，且呈不均勻離散分布，T1相長(zhǎng)度已超過(guò)200 nm(見(jiàn)圖3(g)～(i))。除此之外，隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，合金的無(wú)沉淀析出帶逐漸寬化。

圖2 不同時(shí)效處理合金的TEM圖和選區(qū)電子衍射圖譜

(a)?(c) 145 ℃/132 h; (d)?(f) 165 ℃/60 h; (g)?(i) 185 ℃/10 h

圖3 165 ℃時(shí)效不同時(shí)間的2A97鋁鋰合金的TEM圖和選區(qū)電子衍射圖譜

(a)?(c) 12 h; (d)?(f) 60 h; (g)?(i) 108 h

2.2 力學(xué)性能

固溶處理后，不同時(shí)效處理的2A97鋁鋰合金的力學(xué)性能如圖4所示。隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，且時(shí)效前期抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增長(zhǎng)較快。分別于145、155、165和175 ℃時(shí)效12 h，合金的抗拉強(qiáng)度分別可達(dá)472、471、476和489 MPa。時(shí)效時(shí)間相同，提高時(shí)效溫度，合金抗拉強(qiáng)度升高。

145 ℃時(shí)效時(shí)，由于溫度較低，合金在時(shí)效60 h后，強(qiáng)度上升緩慢，132 h抗拉強(qiáng)度為525 MPa，伸長(zhǎng)率仍保持在17%以上，合金的塑性較好。155 ℃時(shí)效96 h的合金具有最佳的綜合性能，抗拉強(qiáng)度為544 MPa。165 ℃或175 ℃時(shí)效時(shí)，合金達(dá)到最佳力學(xué)性能所需時(shí)間進(jìn)一步縮短至60 h和48 h，合金的抗拉強(qiáng)度分別為549 MPa和550 MPa，說(shuō)明隨著時(shí)效溫度升高，合金強(qiáng)度提高并不明顯，但塑性顯著降低，伸長(zhǎng)率均在9%以下。185 ℃時(shí)效10 h，合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別達(dá)到534 MPa，9.6%。時(shí)效溫度為145、155、165、175和185 ℃時(shí)，合金獲得最佳力學(xué)性能所需時(shí)間分別為132、96、60、48和10 h。

圖5為不同時(shí)效制度處理的2A97鋁鋰合金的拉伸斷口形貌。時(shí)效溫度為145 ℃時(shí)，合金斷口上有解理面(圖5(a)～(c))，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，解理面數(shù)量略有減少，時(shí)效12 h的合金斷口分布著大量的突起撕裂棱，如圖5(d)所示，說(shuō)明此時(shí)合金的塑性較好，斷裂方式主要為穿晶斷裂。時(shí)效時(shí)間增加到60h和132 h時(shí)，撕裂棱突起減少。時(shí)效溫度為165 ℃時(shí)，合金斷口沒(méi)有較明顯的解理面，斷口形貌呈現(xiàn)冰糖狀，表現(xiàn)出較為明顯的沿晶斷裂特征。隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，如圖5(j)?(l)所示，撕裂棱及分層特征減少，結(jié)晶狀顆粒出現(xiàn)頻率進(jìn)一步增大。從這些結(jié)果中可以看出，時(shí)效溫度較低時(shí)，合金斷裂機(jī)制為韌性解理斷裂和穿晶斷裂，整體塑性較好。時(shí)效溫度較高時(shí)，合金斷裂機(jī)制為穿晶加沿晶斷裂的混合斷裂模式，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，沿晶斷裂所占比例進(jìn)一步增大，合金塑性下降。斷口形貌變化規(guī)律與圖4中測(cè)得的合金伸長(zhǎng)率變化趨勢(shì)相符。

圖4 不同時(shí)效處理的2A97鋁鋰合金的力學(xué)性能

(a) 145 ℃; (b) 155 ℃; (c) 165 ℃; (d) 175 ℃; (e) 185 ℃

2.3 腐蝕性能

2.3.1 晶間腐蝕

不同時(shí)效處理的2A97鋁鋰合金截面的晶間腐蝕形貌如圖6所示，腐蝕最大深度見(jiàn)表2。試樣的晶間腐蝕最大深度均超過(guò)100 μm，屬于4級(jí)晶間腐蝕。各時(shí)效溫度下峰時(shí)效試樣晶間腐蝕最大深度分別為149.2、146.8、169.8、174.6和183.3 μm，時(shí)效溫度越高，合金抗晶間腐蝕能力越弱。各時(shí)效溫度下，時(shí)效時(shí)間越長(zhǎng)，晶間腐蝕最大深度越深。

2.3.2 剝落腐蝕

表3和圖7分別為165℃時(shí)效不同時(shí)間的2A97鋁鋰合金的剝落腐蝕等級(jí)和形貌圖。由表3和圖7可知，隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，合金抗剝落腐蝕能力下降。時(shí)效12 h后，試樣表面可觀察到明顯紅色腐蝕產(chǎn)物，腐蝕程度較輕；時(shí)效時(shí)間為36 h時(shí)，試樣表面金屬層略微鼓起。時(shí)效時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，粗大的腐蝕坑相互連接，表面金屬層在應(yīng)力的作用下?lián)伍_(kāi)并逐漸脫落；時(shí)效108 h的試樣表面金屬層完全脫落，裸露出內(nèi)部基體凹凸不平的腐蝕坑，最終剝落腐蝕評(píng)級(jí)為“ED”。

圖5 不同時(shí)效處理的2A97鋁鋰合金的拉伸斷口形貌

(a), (b) 145 ℃/12 h; (c), (d) 165 ℃/12 h; (e), (f) 145 ℃/60 h; (g), (h) 165 ℃/60 h;(i), (j) 145 ℃/132 h; (k), (l) 165 ℃/108 h

表2 不同時(shí)效處理的2A97鋁鋰合金的晶間腐蝕最大深度

2.3.3 電化學(xué)腐蝕

圖8為165 ℃時(shí)效不同時(shí)間的2A97鋁鋰合金在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl水溶液中的Tafel曲線。通過(guò)Chi660e軟件擬合Tafel曲線，根據(jù)公式(1)[17]計(jì)算極化參數(shù)，如表4所列。

corr=(1/corr)*(a*c)/2.3(a+c) (1)

式中：corr為極化電阻，corr值越大，腐蝕越不容易發(fā)生。corr為自腐蝕電流密度，corr數(shù)值越大表明腐蝕的發(fā)展越迅速。a和c分別代表Tafel陽(yáng)極常數(shù)和Tafel陰極常數(shù)。表4中corr為自腐蝕電位，由電化學(xué)工作站自動(dòng)測(cè)得，可用來(lái)評(píng)價(jià)腐蝕的難度，腐蝕電位越負(fù)，腐蝕進(jìn)行得越容易。最終測(cè)試結(jié)果以瞬時(shí)電流密度corr為主。

圖6 不同時(shí)效處理的2A97鋁鋰合金的晶間腐蝕最大深度

(a)?(c) 145 ℃/(12 h, 60 h, 132 h); (d)?(f)155 ℃/(12 h, 96 h, 108 h); (g)?(i)165 ℃/(12 h, 60 h, 108 h);(j)?(l) 175 ℃/(12 h, 48 h, 60 h); (m)?(o)185 ℃/(2 h, 10 h, 18 h)

表3 165 ℃時(shí)效不同時(shí)間的2A97鋁鋰合金的剝落腐蝕等級(jí)

圖7 165 ℃時(shí)效不同時(shí)間的2A97鋁鋰合金的剝落腐蝕形貌圖

(a) 12 h; (b) 36 h; (c) 60 h; (d) 84 h; (e) 108 h

表4 165 ℃時(shí)效不同時(shí)間的2A97鋁鋰合金在3.5%NaCl水溶液中的電化學(xué)極化參數(shù)

圖8 165 ℃時(shí)效不同時(shí)間的2A97合金的塔菲爾曲線(a)和局部放大圖(b)

2A97鋁鋰合金在165 ℃時(shí)效時(shí)，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，開(kāi)路電壓(ocpt)和腐蝕電壓(corr)均向更負(fù)的方向移動(dòng)，腐蝕傾向增大，極化電阻逐漸減小，自腐蝕電流密度增大，腐蝕抗力由高到低按時(shí)效時(shí)間排列依次為：12 h > 36 h > 60 h > 84 h > 108 h。

3 分析與討論

3.1 單級(jí)時(shí)效制度對(duì)合金顯微組織的影響

鋁鋰合金中不同種類的時(shí)效析出相的析出數(shù)量與析出順序主要取決于合金成分。研究者普遍認(rèn)為Cu/Li質(zhì)量比對(duì)于Al-Cu-Li合金第二相析出起到很大的作用[18]，以下為不同(Cu)/(Li)時(shí)，Al-Cu-Li合金的時(shí)效析出序列：

當(dāng)(Cu)/(Li)> 4，α(SS)→GP區(qū)→θ′′→θ′；

當(dāng)(Cu)/(Li)=2.5～4，α(SS)→GP區(qū)→GP區(qū)+δ′→θ′′+ θ′+δ′→δ′+T1→T1；

當(dāng)(Cu)/(Li)=1～2.5，α(SS)→GP區(qū)+δ′→θ′+δ′→δ′+ T1→T1；

當(dāng)(Cu)/(Li)＜1，α(SS)→δ′+T1→T1。

本文所用熱軋2A97鋁鋰合金板材(Cu)/(Li)為2.47，析出序列為α(SS)→GP區(qū)+δ′→θ′+δ′→δ′+T1→T1。由于本文實(shí)驗(yàn)所用2A97鋁鋰合金添加了0.15%Zr(質(zhì)量分?jǐn)?shù))元素，因此主要時(shí)效析出相為T(mén)1(Al2CuLi)、θ′(Al2Cu)、δ′(Al3Li)和β′(Al3Zr)相。由圖2和圖4可知，不同時(shí)效溫度的最佳力學(xué)性能試樣，合金內(nèi)部析出相種類與形貌有很大不同。時(shí)效溫度為145 ℃時(shí)，合金內(nèi)部析出θ′、δ′和β′相，時(shí)效溫度升高，T1相在合金基體內(nèi)爭(zhēng)奪Cu原子均勻析出，θ′相減少。同時(shí)，彌散析出的δ′相和β′相能夠作為T(mén)1相形核位點(diǎn)，促進(jìn)T1相析出[19]。

由圖3可知，合金在165 ℃時(shí)效早期，淬火后留下大量空位，Li與空位結(jié)合能較低，δ′相在合金基體上均勻析出。T1相與基體呈半共格關(guān)系，具有較大的共格畸變能，析出速率及優(yōu)先級(jí)較低。θ′相與基體呈半共格關(guān)系，形核能較低，因此析出序列在T1相之前[20]。165 ℃時(shí)效12 h的合金基體中觀察到θ′、δ′和β′相，時(shí)效60 h后，T1相在基體內(nèi)均勻析出；時(shí)效時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)至108 h，合金中完全觀測(cè)不到θ′相，T1相顯著長(zhǎng)大粗化。2A97鋁鋰合金在165 ℃的時(shí)效析出序列可能為：過(guò)飽固溶體→GP區(qū)+δ′+β′→θ′′+T1+ δ′+β′→θ′+T1+δ′+δ′/β′+δ′/θ′→T1。

3.2 單級(jí)時(shí)效制度對(duì)合金力學(xué)性能的影響

2A97鋁鋰合金屬于2xxx系可熱處理強(qiáng)化鋁合金，其力學(xué)性能主要與不同熱處理制度下時(shí)效析出相的種類、尺寸和數(shù)量有關(guān)。與θ′相相比，T1相是Al-Cu-Li合金最主要的強(qiáng)化相。由圖2可知，在145 ℃時(shí)效，合金中第二相主要為θ′、δ′和β′相，GP區(qū)還沒(méi)有完全轉(zhuǎn)化，這些沉淀相尺寸較小，位錯(cuò)可以很輕易地切過(guò)，因此合金強(qiáng)度不高。隨時(shí)效溫度升高，T1相從基體中均勻析出，尺寸增大，析出相密度和尺寸的增大使得位錯(cuò)想要切過(guò)更加困難，合金強(qiáng)度上升。經(jīng)165 ℃/60 h時(shí)效處理后，合金內(nèi)析出大量T1相，T1、δ′和β′相均勻分布，合金具有最佳的力學(xué)性能。隨著T1相的粗化，且在基體內(nèi)呈離散分布，如圖2(g)～(h)所示，析出相尺寸超過(guò)臨界半徑，位錯(cuò)由切過(guò)轉(zhuǎn)為繞過(guò)析出相，185 ℃時(shí)效的合金中存在不均勻分布的粗大T1相，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。隨時(shí)效溫度升高，合金晶界附近出現(xiàn)PFZ，與晶界平衡相的交互作用導(dǎo)致晶界具有較高的應(yīng)力集中，加大了沿晶斷裂傾向，同時(shí)缺少了δ′相和β′相彌散粒子對(duì)位錯(cuò)的阻擋作用，導(dǎo)致合金塑性降低。

2A97鋁鋰合金在165 ℃時(shí)效12 h，主要析出相為θ′相，延長(zhǎng)時(shí)效時(shí)間至60 h，大量θ′相被消耗，且以δ′相為形核位點(diǎn)析出，導(dǎo)致T1相體積分?jǐn)?shù)所占比例不斷增大且長(zhǎng)大粗化，析出相間距減小，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高了合金的力學(xué)性能。進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)效時(shí)間至108 h，T1相粗化的同時(shí)分布密度下降，呈現(xiàn)不均勻分布，合金力學(xué)性能反而下降。隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，PFZ寬度增大，合金晶界應(yīng)力集中狀態(tài)進(jìn)一步加劇，同時(shí)較大較硬的T1相也容易脫離鋁基體，形成微裂紋源，合金沿晶斷裂比例增大，塑性降低。

3.3 單級(jí)時(shí)效制度對(duì)合金腐蝕行為的影響

δ′相與Al基體共格，一般不是造成合金局部腐蝕的誘因。T1相與鋁基體半共格，電化學(xué)活性高，容易在晶界和晶內(nèi)缺陷處形核、粗化并穿透晶界，作為陽(yáng)極誘發(fā)腐蝕[11, 21]。因此隨著時(shí)效溫度升高，合金主要析出強(qiáng)化相T1、θ′、δ′和β′相中，T1相體積分?jǐn)?shù)所占比例不斷增大、尺寸不斷增大，因此合金的耐腐蝕性能呈下降趨勢(shì)。過(guò)粗的連續(xù)T1相成為了陽(yáng)極溶解優(yōu)先發(fā)生的部位，合金耐腐蝕性能隨之下降。PFZ相較于T1相電位更正，但是由于無(wú)沉淀析出，其電化學(xué)性質(zhì)與鋁基體有著較大差別，容易在腐蝕時(shí)作為陽(yáng)極優(yōu)先溶解發(fā)生腐蝕[1, 10, 22]。圖2(h)中，由于晶界T1相長(zhǎng)大消耗大量Cu原子，PFZ在晶界附近生成。由圖8可知，合金在165 ℃時(shí)效時(shí)，PFZ隨著時(shí)效的進(jìn)行不斷寬化，合金抗腐蝕能力較差。這與晶間腐蝕、剝落腐蝕和電化學(xué)腐蝕測(cè)試結(jié)果一致。

4 結(jié)論

1) 隨時(shí)效溫度升高，合金獲得最佳力學(xué)性能所需的時(shí)間縮短。時(shí)效溫度為145、155、165、175和185 ℃時(shí)，合金獲得最佳力學(xué)性能所需時(shí)間分別為132、96、60、48和10 h。各時(shí)效溫度下最佳力學(xué)性能試樣主要析出相均為T(mén)1(Al2CuLi)、θ′(Al2Cu)和δ′(Al3Li)相，但隨時(shí)效溫度升高，T1相的數(shù)量增加，尺寸增大。

2) 165 ℃時(shí)效的合金具有較好的綜合力學(xué)性能，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，時(shí)效析出相由θ′相逐步轉(zhuǎn)化為T(mén)1相，并在晶界處逐漸粗化，晶界有T1相穿過(guò)，在此過(guò)程中也一直有δ′和β′相存在。

3) 隨時(shí)效溫度升高、時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，抗腐蝕性能下降。2A97鋁鋰合金經(jīng)165 ℃時(shí)效60 h時(shí)具有最佳的強(qiáng)塑性匹配，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為549 MPa、484 MPa，伸長(zhǎng)率為8.78%，合金晶間腐蝕評(píng)級(jí)為4級(jí)，剝落腐蝕評(píng)級(jí)為EC。

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Effects of single-stage aging treatment on microstructure, mechanical properties and corrosion properties of 2A97 Al-Li alloys

YOU Renxuan, MA Yunzhu, TANG Ya, ZHAO Xinyue, LIU Wensheng

(Powder Metallurgy Research Institute, Central South University, Changsha 410083, China)

In order to determine the effects of single-stage aging regime on the microstructures, mechanical properties and corrosion properties of 2A97 Al-Li alloys, the methods of room temperature tensile, intergranular corrosion, exfoliation corrosion, electrochemical corrosion and TEM observation were used to investigate the microstructure, mechanical properties and corrosion properties of 2A97 Al-Li alloys after different single-stage aging treatments. The alloys were tested and characterized. The results show that with increasing the aging temperature, the aging time for 2A97 Al-Li alloys to obtain the best mechanical properties decreases. With increasing the aging temperature and aging time, the corrosion resistance of the alloys decreases. After aging at 165 ℃ for 60 h, the tensile strength, yield strength and elongation of the alloys are 549 MPa, 484 MPa, and 8.8%, respectively, the intergranular corrosion is grade 4, and the exfoliation corrosion grade is EC.

2A97 Al-Li alloys; single-stage aging; microstructure; mechanical property; corrosion property

10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2022030

TG146.21

A

1673-0224(2022)04-398-11

十三五裝備預(yù)研共用技術(shù)項(xiàng)目(2021-JXXQ-XX-01XX)

2022?03?22；

2022?04?03

馬運(yùn)柱，教授，博士。電話：18163708188；E-mail: zhuzi@csu.edu.cm

(編輯 高海燕)