Al-3Li-1Cu-0.4Mg-0.1Er-0.1Zr合金组织、力学性能及其各向异性研究
摘要
铝锂合金虽然具有密度低、模量高和耐腐蚀等优点，但是变形铝锂合金的各向异性
却较为严重，严重限制了铝锂合金的应用，而且随着我国航空航天事业的不断发展，对
铝锂合金的强度也提出了更高的要求。针对这一现状，本论文选取Al-3Li-1Cu-0.4Mg-
0.1Er-0.1Zr新型铝锂合金作为研究对象。研究了热轧制工艺对铝锂合金微观组织、力学
性能及力学性能各向异性的影响，优化了轧制工艺参数，提高了合金的力学性能，降低
了合金力学性能的各向异性，建立了铝锂合金轧制工艺、微观组织、力学性能和力学性
能各向异性之间的联系。最后，又进一步探索优化了铝锂合金固溶时效参数，研究了热
处理对合金微观组织和合金力学性能的影响，通过热处理进一步提升了合金的抗拉强度。
本文采用金相显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子背
散射衍射等表征技术，显微硬度测试和拉伸性能测试等性能测试方法，分别对不同轧制
态及热处理态铝锂合金进行表征与测试。研究结果表明：合金经过均匀化退火后并不能
将沿晶相完全消除，对合金进行20%、50%和90%变形量的多道次500℃热轧，发现随
着变形量的增加，合金的沿晶相不断被破碎回溶，沿晶第二相最终由在晶界处连续富集
的分布状态转变为在基体中较为均匀的颗粒状分布状态，且第二相尺寸减小至微米级甚
至纳米级。合金在90%热轧过程中析出了大量的AlLi相和Al(Er,Zr,Li)核壳结构复合
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相，并通过PSN(Particlestimulatednucleation)机制发生了再结晶。合金经过90%轧制后
其强度和塑性都达到了最优，其抗拉强度为362MPa，延伸率为19.1%。
分别对铝锂合金进行90%变形量的单向热轧和交叉热轧，研究了轧制工艺对合金织
构和力学性能各向异性的影响。结果发现，铝锂合金经过交叉轧制后依然会发生PSN再
结晶，但是再结晶晶粒有所减少。铝锂合金经过单向轧制后的织构组分主要为类黄铜织
构{011}111和黄铜R型织构{111}112，而经过交叉轧制后，合金的织构组分主要为
黄铜R型织构{111}112。虽然相比于单向轧制态合金来说，交叉轧制态合金的平均抗
拉强度和平均延伸率略有下降，但交叉轧制大大降低了合金的力学性能各向异性。
选取了抗拉强度最高的90%单向轧制态铝锂合金进行固溶和时效的工艺参数探索，
旨在进一步提高合金的力学性能，特别是合金的抗拉强度。研究结果表明，最佳的固溶
时效工艺参数为560℃/4h固溶、200℃/7h时效。合金经过560℃/4h固溶后可以消除合
金中的大块微米级第二相，减少了合金中的裂纹源，固溶后合金的强度有明显降低，但
延伸率可提升到22.1%。合金经过200℃/7h时效后，重新析出了数量更多、尺寸更加细
哈尔滨工程大学硕士学位论文
小、分布更加均匀的AlLi相和核壳结构复合相。虽然时效降低了合金的延伸率，但是
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进一步提高了合金的抗拉强度。单向轧制态合金经过固溶时效后抗拉强度提高了139
MPa，可达501MPa。
关键词：铝锂合金；力学性能；各向异性；织构；轧制工艺；热处理
Al-3Li-1Cu-0.4Mg-0.1Er-0.1Zr合金组织、力学性能及其各向异性研究
Abstract
Althoughaluminum-lithiumalloyhastheadvantagesoflowdensity,highmodulusand
corrosionresistance,theanisotropyofdeformedaluminum-lithiumalloyisveryserious,which
seriouslylimitstheapplicationofaluminum-lithiumalloy.Withthecontinuousdevelopmentof