【正文】 鋰合金（）但由于鋁鋰合金的特殊應(yīng)用背景，鋁鋰合金研究中的關(guān)鍵技術(shù)各國都高度保密。雖然它的一系列的優(yōu)點(diǎn)已初步顯現(xiàn)出了巨大的生命力，但是由于還有許多諸如性工藝、造價(jià)、回收再利用等問題的困擾而不能被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)上[16]。 鋁鋰合金的性能特點(diǎn)及發(fā)展鋁鋰合金的優(yōu)點(diǎn)（1） 適當(dāng)降低材料的密度；（2） 更好的強(qiáng)度——韌性平衡；（3） 耐損傷、抗疲勞性能優(yōu)良；（4） 耐腐蝕性能優(yōu)良；（5） 熱穩(wěn)定性好；（6） 加工性能好，便于成型；（7）更高的性價(jià)比；鋁鋰合金存的缺點(diǎn)（1） 合金的各向異性問題較普通鋁合金嚴(yán)重；（2） 合金的韌性塑性比較差；強(qiáng)度比較低；（3） 大部分合金不可焊接，鉚接時(shí)缺口效應(yīng)敏感；（4）熱曝露后韌性會(huì)快速下降；鋁鋰合金性能提搞的途徑（1） 微合金化；（2） 形變熱處理；（3） 純凈化；（4）再結(jié)晶；鋁鋰合金的發(fā)展方向（1） 超強(qiáng)、超韌性方向發(fā)展；（2） 超低密度方向發(fā)展；（3） 焊接性能得改善；（4） 各向異性的改善；（5）熱穩(wěn)定性的改善； 鋁鋰合金的生產(chǎn)鋁鋰合金相圖（）可以為鋁鋰合金的生產(chǎn)提供理論依據(jù)，比如相圖中的δ相具有固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化作用，我們?cè)O(shè)計(jì)合金成分的時(shí)候就要盡量使鋰含量靠近這一區(qū)域。鋰是化學(xué)性質(zhì)非?；钴S的元素之一，可以與水、氫氣、氧氣、氮?dú)獾然?，甚至與氧化鋁、石墨等坩堝材料發(fā)生反應(yīng)，所以鋁鋰合金的制備也有特殊要求。若采用粉末冶金法，由于粉末易爆炸也需要惰性氣體保護(hù)。鑄錠冶金法（IM）仍然是現(xiàn)在的主流生產(chǎn)方法，主要是因?yàn)樗赜昧虽X合金的生產(chǎn)方法，成本較低。缺點(diǎn)是鋰的含量很低，現(xiàn)在美國的Alcoa、英國的Alcan、俄羅斯等都采用這個(gè)方法生產(chǎn)鋁鋰合金。優(yōu)點(diǎn)是成分均勻化，減少偏析，晶粒尺寸均勻，產(chǎn)品鋰含量可達(dá)3％，而且相對(duì)于鑄錠冶金法更安全。熔鹽點(diǎn)解法是將鋁當(dāng)做陰極，含鋰的鹽溶液作為電解液，這樣就會(huì)在陰極上直接生成鋁鋰合金。缺點(diǎn)是鋰容易在鋁表面聚集，造成成分不均勻，鋰密度小還有可能與陽極氣體發(fā)生二次反應(yīng)。錐形表面是旋轉(zhuǎn)的，這樣就使得成分均勻并加快了冷卻。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品具有一定的韌性、延展性、抗疲勞性等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是成本太高。在熔煉過程中由于合金元素的重力效應(yīng)，會(huì)造成合金成分的不均勻。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以大大提高合金中的Li含量。目前，在國內(nèi)外通過研究熱變形流變應(yīng)力來綜合反映合金在變形過程中的內(nèi)部顯微組織演變和性能變化的方法已比較成熟，且被廣泛應(yīng)用。同樣，中南大學(xué)的李英紅等人對(duì)AlCuLi系合金進(jìn)行流變應(yīng)力研究發(fā)現(xiàn)最合適的加工溫度為410～470℃[8]。湖南大學(xué)郭強(qiáng)等人對(duì)鑄態(tài)AZ80 合金進(jìn)行試驗(yàn)，得到高溫壓縮真應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶特征，溫度大于250℃流變應(yīng)力對(duì)變形速率敏感，溫度小于250℃時(shí)影響不大[10]。 研究方法本構(gòu)關(guān)系就是材料的流變應(yīng)力與宏觀熱力參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系,是聯(lián)系塑性加工過程中材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與試驗(yàn)方法熱力參數(shù)之間的媒介[11]。因此本論文也將采用Gleeble1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)測(cè)得合金在一定溫度一定變形速度下的流變應(yīng)力后，用數(shù)學(xué)軟件Origin分析處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)[710]。（2）掌握Gleeble1500熱模擬機(jī)測(cè)定材料的流變應(yīng)力、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)的原理。（4）用Origin軟件分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制真應(yīng)力真應(yīng)變曲線。（6）構(gòu)建合金熱變形本構(gòu)方程。流變應(yīng)力對(duì)變形速率為正敏感，即在同一變形溫度下流變應(yīng)力會(huì)隨變形速率的增大而增大，隨著變形速率的減小而減小。目前國家非常注重鋁鋰合金的研究，一般的鋁鋰合金產(chǎn)品采用的原料都是鑄態(tài)鋁鋰合金。第2章 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)概述材料的力學(xué)性能在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中起著非常重要的作用。研究金屬材料力學(xué)性能的方法有很多，如拉伸、壓縮、沖擊、扭轉(zhuǎn)等。溫度因素對(duì)材料的力學(xué)性能影響非常大，材料在熱加工或者在高溫條件下負(fù)載時(shí)要考慮材料在此高溫下的強(qiáng)度、塑性等重要力學(xué)性能指標(biāo)。進(jìn)行熱模擬試驗(yàn)一般使用Gleeble1500熱模擬機(jī)，熱模擬試驗(yàn)機(jī)是一個(gè)材料熱機(jī)械加工性能分析系統(tǒng), 熱模擬試驗(yàn)本文擬利用Gleeble1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)，對(duì)試樣進(jìn)行高溫壓縮熱模擬試驗(yàn)，得到鋁鋰合金在不同條件下的真應(yīng)力應(yīng)變曲線。通過分析計(jì)算可以得到在一定變形溫度和變形速率下的變形抗力。在所有的熱模擬試驗(yàn)裝置中Gleeble動(dòng)態(tài)熱力學(xué)模擬試驗(yàn)機(jī)是一種應(yīng)用最廣泛的熱力學(xué)模擬機(jī)，Gleeble第一臺(tái)樣機(jī)于1946年在美國倫塞勒工學(xué)院(RPI)誕生，并成立DSI。其六大組成部分分別是主機(jī)、控制柜、液壓源、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、急冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)。 Gleeble1500構(gòu)成 Gleeble1500熱模試驗(yàn)機(jī)由很多部分組成（），但根據(jù)該設(shè)備的功能，可將它分為三個(gè)主要系統(tǒng)。由于具有較小的集膚效應(yīng)，因而整個(gè)加熱區(qū)徑向溫度梯度很小，中間部位溫度均勻。（2） 力學(xué)控制系統(tǒng) Gleeble1500的機(jī)械系統(tǒng)是一個(gè)具有10噸靜態(tài)拉伸（壓縮）力的全集成液壓伺服控制系統(tǒng)（）。 熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)（3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) G1eeble1500配置了實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字控制。另一方面，可同時(shí)顯示和控制溫度、載荷、應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)；試驗(yàn)過程中，上述數(shù)據(jù)能在計(jì)算機(jī)中實(shí)時(shí)顯示，隨時(shí)檢測(cè)。 試樣準(zhǔn)備，熔煉鑄造成錠坯。均勻化后沿鑄錠軸向方向，將試樣機(jī)械加工成Φ10mm15mm圓柱形（）。 試驗(yàn)用鋁鋰合金成分元素CuLiMgZnAg含量/％ 熱壓縮試樣示意圖 試驗(yàn)內(nèi)容與步驟 （1）在試樣上焊接熱電偶。 （3）按下主機(jī)上的電源按鈕，控制柜中的計(jì)算機(jī)顯示器顯示各種運(yùn)行資料，直至結(jié)束。 （5）啟動(dòng)臺(tái)式計(jì)算機(jī)，并按提示逐一操作。期間按提示密碼，回車便可。 （8）對(duì)事先制備好的試樣進(jìn)行裝卡。 （10）仔細(xì)檢查試驗(yàn)程序和試樣的裝卡。 （11）關(guān)閉真空系統(tǒng)；對(duì)真空系統(tǒng)充大氣，取出試樣。 （13）所有試驗(yàn)結(jié)束后，檢查試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否保存好。 金相試驗(yàn)合金中由于合金元素的溶入，鑄造過程中會(huì)形成大量非平衡共晶組織、枝晶偏析、區(qū)域偏析等。因此必須進(jìn)行均勻化處理，均勻化的目的便是消除這些不利因素，使合金元素與非平衡共晶組織充分溶解，提高時(shí)效強(qiáng)化作用，提高合金的塑性和抗疲勞強(qiáng)度。通過金相試驗(yàn)觀察微觀組織來變化來判斷材料的各項(xiàng)性能。（2） 磨光，取樣后截面一般不會(huì)平整，先用4060號(hào)砂紙進(jìn)行初次平整（或者使用銼刀），然后砂紙顆粒度由大減小的順序進(jìn)行細(xì)磨。拋光是再拋光機(jī)上進(jìn)行的，同時(shí)要使用拋光液（根據(jù)試樣的材料特性來選?。＃?） 腐蝕，由于晶界、兩相分界處能量較高容易發(fā)生反應(yīng)所以腐蝕后就會(huì)顯現(xiàn)出不同的形貌特征。腐蝕好后經(jīng)酒精清洗，然后用熱風(fēng)吹干后便可進(jìn)行觀察。由于鑄造過程中發(fā)生的不平衡結(jié)晶，會(huì)在晶界處形成大量的共晶相，由于合金元素的加入形成了很多的非平衡結(jié)晶。，可以看出均勻化后晶粒尺寸并沒有太大改變但鑄造中形成的非平衡相組織、共晶相溶入了基體中，晶界處合金元素溶入形成的偏析得以消除。stresslogarithmiccurves）是用來表征變形抗力隨應(yīng)變程度的增加而變化的圖形，又稱硬化曲線。 繪制真應(yīng)力應(yīng)變圖將試樣放置在Gleeble1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，變形溫度范圍為300℃500℃。變形后迅速水冷，保留原始組織。（2）編輯公式進(jìn)行處理 1）根據(jù)試樣在變形過程中的體積不變定律 （） F0 L0為以試樣原始橫截面積和長(zhǎng)度， 為變形壓縮量和變形后的截面積 （） 2）真應(yīng)力，Pt是變形某一瞬間時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是這時(shí)試樣的橫截面積，得真應(yīng)力方程： （） 3）真應(yīng)變。（4）設(shè)置真應(yīng)變?yōu)閄軸真應(yīng)力為Y軸。 應(yīng)變速率為1的真應(yīng)力應(yīng)變曲線 應(yīng)變速率為10的真應(yīng)力應(yīng)變曲線 分析真應(yīng)力應(yīng)變圖 、(= S S1 S10 S1），不同變形溫度（T=300℃、350℃、400℃、450℃、500℃）下的真應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。因此鋁鋰合金試樣的熱變形過程可分為兩個(gè)階段——過渡階段（初始階段）與穩(wěn)態(tài)階段[711]。當(dāng)變形量較小時(shí)潤(rùn)滑劑可以更好的發(fā)揮效果。 試樣不同變形溫度變形速率下穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力（MPa） 溫度(℃)變形速率(S1)30035040045050019397675444214134856557120315010783701021016713010594 ，具有明顯的穩(wěn)態(tài)流變特征，也就是在一定的變形溫度與變形速率下，初始階段真應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加而增加，但是當(dāng)應(yīng)變超過某一個(gè)特定值后真應(yīng)力便不再隨著真應(yīng)變的增加發(fā)生變化，而是趨于穩(wěn)定，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段。試樣在熱變形過程中同時(shí)受到了加工硬化與動(dòng)態(tài)軟化的雙重作用。但是隨著變形量的增加，達(dá)到一定階段后由于動(dòng)態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶的軟化作用加劇，使得動(dòng)態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶的軟化作用與加工硬化作用達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，這就使得試樣的流變應(yīng)力在這種動(dòng)態(tài)平衡中趨于穩(wěn)態(tài)，后面便一直維持這種動(dòng)態(tài)平衡[711]。為這是由于隨著變形溫度的升高，滑移系的滑動(dòng)就變的容易，原子的動(dòng)能也會(huì)增加，點(diǎn)缺陷如空位原子、間隙原子、置換原子運(yùn)動(dòng)也會(huì)加劇，這都有利于位錯(cuò)的攀移、位錯(cuò)密度和儲(chǔ)存能的減少，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力也隨之減少，從而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)軟化效果更明顯，試樣熱變形的阻力也隨之降低。這說明鋁鋰合金在該試驗(yàn)條件下具有正的變形速率敏感特性。 熱變形流變應(yīng)力方程熱變形流變應(yīng)力是材料在高溫下的重要的性能指標(biāo)，如果材料的合金成分與內(nèi)部結(jié)構(gòu)一定，那么其流變應(yīng)力主要受變形溫度、變形速度與變形程度的影響，是材料在變形過程中內(nèi)部顯微組織演變和性能變化的綜合反映。Q——應(yīng)變激活能。R——?dú)怏w常數(shù)。它是由Sellars和Tegart在1966研究不同材料（鎳、銅等）熱加工時(shí)共同提出的包含了Q和T的雙曲正弦形式修正的阿侖尼烏斯方程方程。 （）式中A、n、和Q都是材料常數(shù)A——結(jié)構(gòu)因子（s1）；——應(yīng)力水平參數(shù)()；n——為應(yīng)力指數(shù)。但是式（）（）并沒有考慮到應(yīng)變對(duì)流變應(yīng)力的影響，其實(shí)從真應(yīng)力應(yīng)變曲線便可知高溫變形時(shí)，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)階段后應(yīng)變對(duì)流變應(yīng)力的影響并不大，因此本文中忽略了應(yīng)變的對(duì)流變應(yīng)力的影響[12]。對(duì)（）（）式兩端取對(duì)數(shù)得； （） （）根據(jù)（）（）式，n1為—關(guān)系圖的斜率，β為—σ關(guān)系圖的斜率，利用作圖法，繪制出方程（）、（）的圖形后求出n、β的值。 與數(shù)值表 坐標(biāo)溫度(℃)T=3000T=3500T=4000T=45000T=5000，步驟如下： (1)數(shù)據(jù)導(dǎo)入。 (3)依次點(diǎn)擊Plot——Symbol——Scatter。 (5)擬合后會(huì)自動(dòng)生成——圖， (6)將圖導(dǎo)出，F(xiàn)ile——Export Graphs。 與關(guān)系圖 Origin自動(dòng)生成斜率、相關(guān)系數(shù)表 坐標(biāo)溫度（℃）斜率相關(guān)系數(shù)T=300T=350T=400T=450T=500=300℃的時(shí)候的誤差比較大，明顯小于其它變形溫度下的相關(guān)系數(shù)。但是在其它變形條件下，真應(yīng)變的對(duì)數(shù)與應(yīng)力的對(duì)數(shù)之間存在明顯的線性關(guān)系（），這說明兩組數(shù)據(jù)符合前面提到的式（），也就是可以用式（）來描述與的關(guān)系。采用T=350℃、T=400℃、T=450℃、T=500℃。 σ與數(shù)值表 坐標(biāo)溫度（℃）σT=300℃1932142030210T=350℃971341500167T=400℃67851070130T=450℃5465830105T=500℃44