2618A鋁合金在長期時效過程中的沉淀演變及相關(guān)強化機制

　　背景和問題

　　2618A鋁合金是一種用于航空航天領(lǐng)域的高性能材料，因其在高溫下具有良好的抗長期熱時效性能而備受關(guān)注。該合金需要在約200°C的溫度下長時間（高達10萬小時）保持性能。因此，準確預(yù)測其在長期時效過程中的力學(xué)性能變化至關(guān)重要。這種合金的主要強化機制是沉淀強化，其沉淀相主要包括S-Al?CuMg家族。

然而，Si的添加使得沉淀序列更加復(fù)雜，可能形成L、C和Q等相。盡管已有研究關(guān)注其時效過程中的力學(xué)性能退化，但缺乏系統(tǒng)性的定量研究，尤其是在廣泛的溫度和時間范圍內(nèi)。

主要方法

本研究采用高通量實驗方法，通過在溫度梯度下對樣品進行長達10,000小時的時效處理，系統(tǒng)研究了2618A鋁合金的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能隨時間和溫度的變化。

實驗中，樣品在165°C到245°C的溫度梯度中時效，通過硬度測試和小角X射線散射（SAXS）技術(shù)評估其力學(xué)性能和沉淀相的尺寸與體積分數(shù)。

此外，利用透射電子顯微鏡（TEM）結(jié)合掃描預(yù)cession電子衍射（SPED）和原子探針斷層掃描（APT）技術(shù)，對選定條件下的納米沉淀相進行識別。

通過硬度與拉伸性能的相關(guān)性分析，建立了硬度與拉伸性能的線性關(guān)系，從而能夠從硬度數(shù)據(jù)推導(dǎo)出等效的拉伸性能。

　　結(jié)果和意義

首次揭示了Si含量對2618A鋁合金初始強度的重要貢獻，特別是L相的存在對T851狀態(tài)的強化作用。

在200°C下時效至5,000小時時，強度損失主要由L相的部分溶解和S相的粗化引起。隨后，Q相的形成導(dǎo)致S相的進一步不穩(wěn)定，加速了力學(xué)性能的退化。

通過時間-溫度等效分析，發(fā)現(xiàn)時效過程最初由Cu擴散控制，但在200°C以上時效超過5,000小時后，時效機制發(fā)生變化。

這種機制轉(zhuǎn)變與Q相的析出有關(guān)，Q相的形成導(dǎo)致S相的部分溶解，從而加速了力學(xué)性能的下降。

此外，研究還觀察到無沉淀區(qū)（PFZ）的形成，但通過沉淀強化的微力學(xué)模型分析表明，PFZ對力學(xué)性能的影響相對較小。

本研究為預(yù)測2618A鋁合金在長期時效過程中的力學(xué)性能變化提供了重要的理論依據(jù)，并揭示了Si含量對合金性能的顯著影響。

　　論文信息

Precipitate evolution and related strengthening during long term ageing of 2618A aluminium alloy

Thomas Perrin,Arthur Després,Pierre Heugue,Alexis Deschamps,Frédéric De Geuser

通訊單位：法國格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)

Acta Materialia,Available online 15 June 2025,121264

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121264

論文部分圖片，Thomas Perrin et al.,Acta Mater.，2025