【正文】 （2013屆）本科畢業(yè)設計（論文）資料 題 目 名 稱： 鋁鋰合金熱變形流變應力行為研究 學 院（部）： 冶 金 工 程 學 院 專 業(yè)： 金屬材料工程 學 生 姓 名： 班 級：金屬材料094 學號： 指導教師姓名： 職稱： 最終評定成績： 本科畢業(yè)論文資料第一部分 畢業(yè)論文說明書 （2013屆）本科畢業(yè)論文題 目 名 稱： 鋁鋰合金熱變形流變應力行為研究 學 院（部）： 冶 金 工 程 學 院 專 業(yè)： 金屬材料工程 學 生 姓 名： 班 級：金屬材料094 學號： 指導教師姓名： 職稱： 講師 最終評定成績： 2013年 6 月湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)論文誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計），題目《鋁鋰合金熱變形流變應力行為研究》是本人在指導教師的指導下，進行研究工作所取得的成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文章以明確方式注明。除此之外，本論文（設計）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識到本聲明應承擔的責任。作者簽名：日期： 年 月 日摘 要，變形溫度分別為300℃，350℃，400℃，450℃，500℃， s1， s1，1 s1，10s1，研究該合金在不同變形參數(shù)條件下的流變應力行為。試驗結(jié)果表明：，變形溫度升高，流變應力降低，變形速率升高，流變應力增大。，合金進入穩(wěn)態(tài)，其穩(wěn)態(tài)流變應力可以用含Z參數(shù)的阿侖尼烏斯方程來表達，變形速率與變形溫度、穩(wěn)態(tài)流變應力之間的本構(gòu)方程可以表示為：關鍵詞：鋁鋰合金；熱壓縮試驗；流變應力IABSTRACT The flow behavior of alloy during different hot deformation conditions was studied by isothermal hot press on Gleeble1500 material simulation machine. The deformation temperature range is from 300℃ to 500℃ and the strain rate range is from to 10s1. The results show that the strain rate and deformation temperature have a great effect on the flow stress. The flow stress increases with the increase of strain rate and decreased with the increase of deformation temperature. The flow stress of during the high temperature deformation process can be represented by Z parameter including the Arrhenius term and the thermal deformation constitutive equation is: Keywords: Aluminium lithium alloy。 hot deformation。 flow stressII湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)論文目 錄第1章 文獻綜述 1 鋁鋰合金的發(fā)展 1 國外鋁鋰合金的發(fā)展歷程 1 國內(nèi)鋁鋰合金的發(fā)展歷程 3 鋁鋰合金的應用 3 鋁鋰合金的性能 5 鋁鋰合金的生產(chǎn) 6 研究方法及趨勢預測 7 研究方法 8 試驗目的 8 趨勢預測 8第2章 試驗方法 10 試驗概述 10 熱模擬試驗 10 Gleeble1500介紹 10 Gleeble1500構(gòu)成 11 試樣準備 12 試驗內(nèi)容與步驟 12 金相試驗 13第3章 試驗結(jié)果 14 原始組織觀察 14 真應變應力曲線 15 繪制真應力應變圖 15 分析真應力應變圖 18 熱變形流變應力方程 19 n1的計算 21 β的計算 23 熱變激活能Q的計算 24 熱變形流變應力方程的推導 27結(jié) 論 30參考文獻 31致 謝 32III第1章 文獻綜述 鋁鋰合金的發(fā)展1817年，瑞典科學家阿弗維在分析鋰云母和鋰長石時發(fā)現(xiàn)了鋰（Li），它是世界上最輕的金屬元素之一，熔點為186℃，／cm3（僅為鋁的五分之一），它是在鋁中的極限溶解度超過1at％的四種元素中之一。把鋰作為合金元素加到金屬鋁中，便形成了鋁鋰合金。加入鋰之后，可以降低合金的比重，同時仍然保持較高的剛度強度、較好的抗腐蝕性、抗疲勞性以及適宜的延展性。研究發(fā)現(xiàn)，每添加質(zhì)量分數(shù)為1％的鋰，合金密度會降低3％，彈性模量提高6％，這種效果是添加其它元素(Be、Mg等)所不能達到的。與一般鋁合金相比，在強度相當?shù)那疤嵯?，合金密度降低?0％，而彈性模量則提高10％[1]。因此Al—Li系鋁合金用作結(jié)構(gòu)材料，具有很大的經(jīng)濟意義。 國外鋁鋰合金的發(fā)展歷程其實，鋁鋰合金(Aluminium lithium alloy )并不是一個全新概念。人們對這種材料的認識經(jīng)歷了相當長的時間，長期以來人們就非常重視對鋁鋰合金的研究。早在本世紀20年代初，科技工作者就對鋁鋰合金的研究就已經(jīng)展開了。期間出現(xiàn)了很多具有代表性的鋁鋰合金型號（）。 鋁鋰合金發(fā)展歷程1924年，德國成功研制出一種工業(yè)鋁鋰合金——司克龍（scleron）。這其實是一種含鋰量僅為0．1%的鋁鋅合金。它的機械性能比當時流行的鋁鎂合金——杜拉鋁要稍微好一點。但是由于當時杜拉鋁已經(jīng)得到公認，所以司克龍合金并沒有受到應有的重視[1]。1942年，美國的Alcoa公司(世界上最大的鋁合金生產(chǎn)企業(yè))，申報了第一個工業(yè)用鋁鋰合金專利——2020。開創(chuàng)了鋁鋰合金的工業(yè)化應用的先河，但是因為其缺口敏感性高、斷裂韌性差等缺點于1969年停產(chǎn)[2]。1943年，高強度鋁鋅鎂銅合金的出現(xiàn)，再一次讓人們低估甚至忽略了鋁鋰合金的工業(yè)價值[3]。1957年，%的X2020鋁合金，該合金與其它普通鋁合金相比具有更好的抗疲勞性能和高強度。之后這種合金被廣泛用于艦載攻擊機的機翼和尾翼的蒙皮上，并取得良好的效果。RA5C飛機使用鋁鋰合金取代原合金材料后重量減輕了6%，這種減重效果在A330/340飛機上的使用更加明顯(每架飛機上使用AlLi合金650kg，可使飛機減重高達4250kg)。同時，原蘇聯(lián)的研究人員也研制出一種含鋰量2%的鋁鋰合金。雖然各國的鋁鋰合金研究都取得了一定的成果，但還是因為產(chǎn)品性能未能達標而不能被廣泛應用。之后，鋁鋰合金的發(fā)展進入了停滯期[13]。經(jīng)過了10年徘徊，1967發(fā)生了世界范圍內(nèi)的能源危機，這直接促使各大國又開始重視并研究鋁鋰合金。由于冶金技術(shù)和相關技術(shù)的提高，使含鋰量更大、強度更高、比重更小的鋁鋰合金的出現(xiàn)成為了可能，期間出現(xiàn)了以2XXX和7XXX系列為代表的鋁鋰合金。據(jù)統(tǒng)計，目前許多國家的先進飛機都采用了這種合金。鋁鋰合金的成本大約只有碳纖維增強塑料的1/10，但是仍具有低比重、高剛度、高強度等性能特點。例如，采用鋁鋰合金制造的波音飛機，%，%，%，%[4]。1984年，美國的Alcoa公司又注冊了AiCuLi系高強度，可焊接的2090鋁鋰合金。同年，英國的Alcan公司研發(fā)了8090系列鋁鋰合金[5]。1996年6月，雷諾茲金屬公司開始售出AA2l97合金板材，用于取代其它材料來制造美國空軍F－16飛機的艙壁和零件。歐洲試驗型戰(zhàn)機EFA前部所有薄板狀零件皆由8090薄板制成，駕駛艙內(nèi)也使用了不少鋁鋰合金，占飛機總重量的9%。英、意合作生產(chǎn)的直升機EH101上，其機身框架、內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用了非常多的鋁鋰合金板材和鍛件，每架減少的重量多達200kg[35]。2000年，美國研制出了幾乎沒有各向異性的219AlLiS4系列鋁鋰合金。此后，美國的萊特材料試驗室研制出了AF/C489；Alcoa研制出了牌號為C155的鋁鋰合金，其性能非常出色[6]。 國內(nèi)鋁鋰合金的發(fā)展歷程我國對鋁鋰合金的研究起步較晚，“六十”年代時還是以仿制為主。“七五”開始我國才開始對鋁鋰合金的研究進行立項，由中南大學、東北大學、航空航天天研究院等科研單位與機構(gòu)聯(lián)合開展，主要任務還是仿制俄羅斯的鋁鋰合金。但是經(jīng)過攻關，對鋁鋰合金的生產(chǎn)工藝有了一定的了解，培養(yǎng)了我國自己的研發(fā)隊伍，為以后的鋁鋰合金研發(fā)奠定了基礎。到了“八五”期間，國家加大了對鋁鋰合金研究的投入力度，在全國各大高校以及研究院內(nèi)開展基礎性研究工作，主要研究內(nèi)容是中強度可焊接鋁鋰合金、高強高模鋁鋰合金、半連續(xù)鑄造工藝三個方面。經(jīng)過科技工作者的多年的努力已具備了生產(chǎn)小規(guī)格的板材和型材的能力，期間成功研制出了1420及2090國產(chǎn)鋁鋰合金，使我國的鋁鋰合金的研究向前邁進了一大步。“九五”期間提出了“高強度鋁鋰合金”研究課題，并從俄羅斯引進6噸的鋁鋰合金工業(yè)化熔鑄生產(chǎn)線[6]。我國分別在1991991996年開展了三次全國范圍的鋁鋰合金研討會。1997年始，以中南大學、東北大學、西南鋁業(yè)研究所、航空621所等為主的科研單位對鋁鋰合金展開了更為深入的研究工作。近年來，由于來自國家“863”計劃、自然科學基金的支持，我國現(xiàn)在已經(jīng)具備了鋁鋰合金的大規(guī)模研制與開發(fā)的能力。這對我國航空航天等領域具有重大意義。雖然我國在鋁鋰合金微合金化、稀土鋁鋰合金方面形成了自己的特色，取得一定的成果。但客觀上說跟發(fā)達國家的研究水平相比還存在一定的差距，目前我國的研究水平相當于美國、俄羅斯九十年代的水平[36]。 鋁鋰合金的應用鋁合金在本世紀初才開始工業(yè)性應用，第二次世界大戰(zhàn)期間，鋁合金主要被用于飛機制造業(yè)。大戰(zhàn)之后鋁合金的發(fā)展開始轉(zhuǎn)向民生領域，使應用范圍開始從航空航天領域擴展到建筑業(yè)、電力電子、機械制造、交通運輸?shù)扰c人民生活相關的民生領域?，F(xiàn)在鋁合金的應用領域之廣、產(chǎn)量如此之大（1994年世界范圍內(nèi)的原鋁消費量已達到1965萬噸）已經(jīng)僅次于鋼鐵材料。作為鋁合金的一枝新秀，鋁鋰合金發(fā)展與應用已經(jīng)進入快車道，隨著各國研究人員的努力，許多新型號的鋁鋰合金如雨后春筍般出現(xiàn)，但應用范圍還是局限于航空航天領域，相信不久的將來鋁鋰合金材料在人類的發(fā)展中將發(fā)揮更大的作用。據(jù)推算，直升機重量每減輕1kg在整個服役期間節(jié)約的費用高達3000英鎊；進入空間軌道的航天器每減輕1kg，其發(fā)射費用將節(jié)約12萬元人民幣；戰(zhàn)斗機的重量若減輕15％，有效載荷將提高30％，飛機滑跑距離將縮短15％，航程會增加20％。因此各國都爭先爭先恐后研發(fā)各種減重材料，在這個大背景下鋁鋰合金材料便凸顯了出來，尤其的它兼有減重并保持較好的強度韌性的特點。同時，鋁鋰合金相對于其它材料而言具有其它不可比擬的優(yōu)勢（、）。這都正好符合航空航天領域?qū)π虏牧系囊?，因此它被認為是航空航天最理想的結(jié)構(gòu)材料。鋁鋰合金大多被用于航天領域航天器減重方面，一般被用于機身艙門、框架、襟翼翼肋、整流罩、垂直安定面、進氣道唇口、燃油箱等等（）[16]。其實鋁鋰合金材料的制備工藝與傳統(tǒng)鋁合金材料的制備工藝并沒有太大的區(qū)別，可以沿用傳統(tǒng)鋁合金的制造技術(shù)與工藝；用鋁鋰合金取代傳統(tǒng)鋁合金尤其是再航空航天領域，無需對航天器進行較大修改；另外鋁