2219鋁合金應(yīng)力時(shí)效強(qiáng)度演變規(guī)律及其強(qiáng)化模型

湛利華，張姣，賈樹峰(中南大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，高性能復(fù)雜制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙，410083)

2219鋁合金應(yīng)力時(shí)效強(qiáng)度演變規(guī)律及其強(qiáng)化模型

湛利華，張姣，賈樹峰
(中南大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，高性能復(fù)雜制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙，410083)

在時(shí)效溫度為175℃，時(shí)效時(shí)間為18 h時(shí)，開展不同應(yīng)力水平(120~200 MPa)條件下的應(yīng)力松弛時(shí)效與蠕變時(shí)效對比實(shí)驗(yàn)。建立應(yīng)力松弛時(shí)效與蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型，對強(qiáng)化模型進(jìn)行驗(yàn)證與分析。研究結(jié)果表明：合金的屈服強(qiáng)度不僅受應(yīng)力強(qiáng)化作用面積的影響，而且在時(shí)效初期階段高應(yīng)力作用對合金的屈服強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響；在相同應(yīng)力強(qiáng)化作用面積條件下，分別由應(yīng)力松弛時(shí)效強(qiáng)化模型與蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型計(jì)算的屈服強(qiáng)度增量差值與應(yīng)力強(qiáng)化作用面積之間存在一定的線性關(guān)系，可以通過蠕變時(shí)效來預(yù)測應(yīng)力松弛時(shí)效過程中合金強(qiáng)度的演變規(guī)律。

應(yīng)力松弛時(shí)效；蠕變時(shí)效；力學(xué)性能；強(qiáng)化模型；2219鋁合金

隨著航空航天業(yè)的迅猛發(fā)展，針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁零件冷加工成形精度低、尺寸一致性差等難題，歐美等發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)開展了應(yīng)力松弛時(shí)效成形技術(shù)研究[1-3]，提出一種將應(yīng)力松弛或蠕變與人工時(shí)效熱處理相結(jié)合的新技術(shù)，并應(yīng)用于航空航天大型帶筋壁板成形制造中[4]。應(yīng)力松弛時(shí)效與蠕變時(shí)效這2種應(yīng)力時(shí)效方法都是利用材料的時(shí)效強(qiáng)化和蠕變松弛特性，在實(shí)現(xiàn)工件成形的同時(shí)，完成工件的時(shí)效強(qiáng)化，改善合金內(nèi)部的微觀組織特征，提高合金的強(qiáng)度。應(yīng)力松弛時(shí)效是指材料在恒定的應(yīng)變條件下，應(yīng)力隨時(shí)間而逐漸減小的現(xiàn)象；蠕變時(shí)效是指材料在恒定應(yīng)力作用下，在應(yīng)力作用時(shí)變形量緩慢增加的過程[5]。在應(yīng)力松弛過程中增加的蠕變變形與蠕變時(shí)效過程中的蠕變現(xiàn)象都可以通過位錯(cuò)理論來解釋[6]，可以說松弛是蠕變的另一種表現(xiàn)形式。RUDNICK等[7]認(rèn)為材料在長期扭力作用下會發(fā)生應(yīng)力松弛行為，這是因?yàn)榇嬖谌渥冃袨?；穆霞英[8]認(rèn)為應(yīng)力松弛是蠕變現(xiàn)象的另一種表現(xiàn)，是由于彈性變形轉(zhuǎn)換為蠕變變形，引起應(yīng)力相應(yīng)減少。CHEN等[9]研究了蠕變時(shí)效成形過程中材料的應(yīng)力松弛演變規(guī)律，并通過計(jì)算熱激活參數(shù)和分析微觀組織詳細(xì)闡述了應(yīng)力松弛的發(fā)生機(jī)制。這表明應(yīng)力松弛行為與蠕變行為在機(jī)理上是統(tǒng)一的，兩者之間應(yīng)該存在轉(zhuǎn)換關(guān)系。國內(nèi)外學(xué)者對蠕變時(shí)效本構(gòu)建模開展了大量研究，如：黃碩等[10-11]研究了在不同時(shí)效溫度(145，155和165℃)、不同應(yīng)力水平條件下7B04鋁合金的多組單軸拉伸蠕變試驗(yàn)，根據(jù)蠕變變形特征提出了能夠較好描述材料蠕變行為的本構(gòu)模型，并通過對2324鋁合金進(jìn)行蠕變拉伸試驗(yàn)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立了相應(yīng)的蠕變本構(gòu)方程；PEDDIESON等[12]建立了一維蠕變時(shí)效本構(gòu)模型，分析了7075鋁合金材料在時(shí)效溫度為163℃的時(shí)效成形過程，并對構(gòu)件的回彈進(jìn)行了預(yù)測；JACKSON等[13]采用包含1個(gè)狀態(tài)變量的更新MILLER-SHERBY統(tǒng)一黏塑性蠕變模型，對7075鋁合金構(gòu)件的回彈特性進(jìn)行了分析，該模型忽略了熱應(yīng)力的影響。這些研究大多僅局限于建立蠕變時(shí)效過程的合金強(qiáng)化本構(gòu)模型，對于應(yīng)力松弛時(shí)效過程中合金強(qiáng)度的演變規(guī)律并沒有描述。為此，本文作者通過進(jìn)行不同應(yīng)力水平條件下的應(yīng)力松弛時(shí)效與蠕變時(shí)效對比實(shí)驗(yàn)，建立應(yīng)力松弛時(shí)效與蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型，并確定2個(gè)強(qiáng)化模型的關(guān)聯(lián)規(guī)律。

圖1　試樣尺寸Fig.1　Geometry dimension of specimen

1　實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

2219鋁合金是一種高強(qiáng)度、可熱處理強(qiáng)化型鋁合金，具有較高的比強(qiáng)度、較強(qiáng)的抗腐蝕性能以及較高塑性，被認(rèn)為是航空航天工業(yè)中最具有應(yīng)用前景的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料之一，從而被廣泛地應(yīng)用于火箭推進(jìn)器液體燃料貯箱制造中[14]。

本文研究所選用的材料為上海航天設(shè)備總廠提供的2219鋁合金軋制板材，合金的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))如表1所示。按照 GB/T 2039—1997，沿軋制方向線切割出2 mm厚的標(biāo)準(zhǔn)蠕變試樣，試樣尺寸如圖1所示。在電阻加熱爐中進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為535℃，保溫35 min。采用電位差計(jì)控制爐溫，誤差控制在±3℃內(nèi)；室溫水淬，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間少于35 s；固溶處理后立即進(jìn)行應(yīng)力松弛時(shí)效與蠕變時(shí)效實(shí)驗(yàn)。

表1　2219鋁合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1　Chemical compositions of 2219 aluminum alloy %

1.2實(shí)驗(yàn)方法

2219鋁合金蠕變時(shí)效與應(yīng)力松弛時(shí)效實(shí)驗(yàn)在珠海市三思泰捷電氣設(shè)備有限公司生產(chǎn)的RMT-D10電子式高溫蠕變持久強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試樣平行于爐膛內(nèi)部安裝，3個(gè)熱電偶結(jié)點(diǎn)緊貼在試樣表面上，靠近熱電偶結(jié)點(diǎn)處用石棉繩包裹。試樣加熱到175℃后保溫10 min左右，然后平穩(wěn)加載，加載速率為15 N/s，并隨時(shí)調(diào)正杠桿，保持試件處于單向拉應(yīng)力狀態(tài)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程由計(jì)算機(jī)控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取下試樣，水平放置，空冷至室溫。

在時(shí)效溫度為175℃、時(shí)效時(shí)間為18 h時(shí)，分別進(jìn)行不同應(yīng)力(120~200 MPa)條件下的蠕變時(shí)效與應(yīng)力松弛時(shí)效實(shí)驗(yàn)。在蠕變時(shí)效實(shí)驗(yàn)過程中，保持加載應(yīng)力恒定。應(yīng)力松弛時(shí)效實(shí)驗(yàn)分為3種加載方式：1)在不同初始加載應(yīng)力(120~200 MPa)下，實(shí)驗(yàn)過程中保持應(yīng)變恒定，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束；2)在時(shí)效初始階段，由初始加載應(yīng)力200 MPa分別松弛到180，160，140和120 MPa，然后保持恒應(yīng)力，繼續(xù)時(shí)效到實(shí)驗(yàn)結(jié)束；3)在時(shí)效初始階段，由不同的初始加載應(yīng)力(200，180，160和140MPa)分別松弛到120 MPa，然后保持恒應(yīng)力，繼續(xù)時(shí)效到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。最后，將時(shí)效處理后的試樣在萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能測試。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在時(shí)效溫度為175℃、時(shí)效時(shí)間為18 h和不同應(yīng)力水平(120，140，160，180和200 MPa)時(shí)，經(jīng)過恒應(yīng)變應(yīng)力松弛時(shí)效與恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理后2219鋁合金的力學(xué)性能如圖2所示。

由圖2可以看出：在不同應(yīng)力水平條件下，恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理后合金的強(qiáng)度隨著試驗(yàn)應(yīng)力的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，而恒應(yīng)變應(yīng)力松弛時(shí)效處理后合金的屈服強(qiáng)度隨著試驗(yàn)應(yīng)力的增大而增大。當(dāng)應(yīng)力為160 MPa時(shí)，合金經(jīng)過恒應(yīng)變應(yīng)力松弛時(shí)效處理后的屈服強(qiáng)度為310.5 MPa，而經(jīng)過恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理后合金的屈服強(qiáng)度為317.1 MPa，提高了2.1%。這是由于恒應(yīng)變的應(yīng)力松弛時(shí)效過程中，在時(shí)效初始階段，初始應(yīng)力迅速降低，使得合金在低應(yīng)力作用下進(jìn)行時(shí)效，而在恒應(yīng)力的蠕變時(shí)效過程中應(yīng)力保持不變，所以強(qiáng)度較高。

圖2　試驗(yàn)應(yīng)力對合金屈服強(qiáng)度的影響Fig.2　Effect of experimental stresses on yield strength of 2219 aluminum alloy

通過研究恒應(yīng)變應(yīng)力松弛時(shí)效與恒應(yīng)力蠕變時(shí)效對合金力學(xué)性能的不同影響，可以看出合金應(yīng)力松弛時(shí)效過程初始階段應(yīng)力急速降低階段對合金的性能產(chǎn)生重要的影響，所以需要對應(yīng)力松弛階段進(jìn)行研究。

當(dāng)時(shí)效溫度為175℃、時(shí)效時(shí)間為18 h、初始加載應(yīng)力為200 MPa、保持恒應(yīng)變時(shí)，應(yīng)力分別松弛到120，140，160和180 MPa，然后在保持恒應(yīng)力的條件下繼續(xù)時(shí)效，整個(gè)試驗(yàn)過程的時(shí)效時(shí)間為18 h；蠕變時(shí)效試驗(yàn)在時(shí)效溫度為175℃，應(yīng)力分別為120，140，160和180 MPa，在恒應(yīng)力的條件下保溫18 h。

初始加載應(yīng)力200 MPa松弛到不同應(yīng)力條件下的應(yīng)力松弛時(shí)效處理與不同應(yīng)力條件下蠕變時(shí)效處理后合金的力學(xué)性能如圖3所示。

圖3　蠕變時(shí)效與應(yīng)力松弛時(shí)效力學(xué)性能對比Fig.3　Comparison of mechanical properties between creep age and stress relaxation age

從圖3可以看出：在相同應(yīng)力水平條件下，先經(jīng)過恒應(yīng)變應(yīng)力松弛后進(jìn)行恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理的合金屈服強(qiáng)度要明顯高于只進(jìn)行恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理后合金屈服強(qiáng)度，當(dāng)應(yīng)力為160 MPa時(shí)，只進(jìn)行恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理后合金的屈服強(qiáng)度為317.1 MPa，而先經(jīng)過恒應(yīng)變應(yīng)力松弛后進(jìn)行恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理后合金的屈服強(qiáng)度為344.8 MPa，提高了8.7%。這是由于應(yīng)力松弛第1階段在高應(yīng)力和溫度的激活作用下，位錯(cuò)將產(chǎn)生攀移和滑移，一方面，異號位錯(cuò)相互抵消，另一方面，同號位錯(cuò)趨于能量最低的狀態(tài)排列，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象[15]，使得合金強(qiáng)度提高。

當(dāng)時(shí)效溫度為175℃、初始階段保持恒應(yīng)變時(shí)，將不同初始加載應(yīng)力(120，140，160，180和200 MPa)分別松弛到120 MPa，然后在保持恒應(yīng)力的條件下繼續(xù)進(jìn)行時(shí)效，整個(gè)時(shí)效過程的時(shí)間為18 h，應(yīng)力松弛曲線如圖4所示。

圖4　不同初始加載應(yīng)力條件下的應(yīng)力松弛曲線Fig.4　Stress relaxation curves under different initial loading stresses

從圖4可以看出：與120 MPa恒應(yīng)力蠕變時(shí)效相比，在不同初始加載應(yīng)力條件下，初始恒應(yīng)變應(yīng)力松弛階段的應(yīng)力較高。故合金先經(jīng)過恒應(yīng)變應(yīng)力松弛時(shí)效，然后恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理時(shí)，應(yīng)力與時(shí)間作用的總面積要大于恒應(yīng)力蠕變時(shí)效的總面積，從而可能對合金的力學(xué)性能產(chǎn)生影響。

當(dāng)時(shí)效溫度為175℃、時(shí)效時(shí)間為18 h時(shí)，合金在不同初始加載應(yīng)力條件下，先經(jīng)過恒應(yīng)變應(yīng)力松弛時(shí)效將應(yīng)力松弛到120 MPa，然后恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理后的力學(xué)性能如表2所示。

從表2可以看出：與恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理后合金的屈服強(qiáng)度相比，合金在高應(yīng)力作用下應(yīng)力松弛時(shí)效一段時(shí)間，對時(shí)效初期析出相的析出產(chǎn)生了促進(jìn)作用，使得合金的屈服強(qiáng)度明顯提高。

通過對比分析圖4及表2中應(yīng)力對合金力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)在合金時(shí)效初期，應(yīng)力松弛時(shí)效和蠕變時(shí)效對2219鋁合金性能的影響規(guī)律不一致，且初始應(yīng)力及應(yīng)力強(qiáng)化的總作用面積共同影響著合金屈服強(qiáng)度的提高，所以，直接通過蠕變時(shí)效試驗(yàn)得出的蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型來預(yù)測應(yīng)力松弛(實(shí)際工況)試驗(yàn)的強(qiáng)度演變規(guī)律存在不合理性，需要建立基于應(yīng)力強(qiáng)化作用面積的合金應(yīng)力松弛時(shí)效強(qiáng)化模型與蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型，研究應(yīng)力松弛時(shí)效與蠕變時(shí)效對合金屈服強(qiáng)度影響的關(guān)聯(lián)規(guī)律。

表2　不同初始加載應(yīng)力條件下應(yīng)力松弛時(shí)效2219鋁合金力學(xué)性能Table 2　Mechanical properties of 2219 aluminum alloy after stress relaxation age under different initial loading stresses

3　應(yīng)力松弛時(shí)效與蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型的建立

3.1應(yīng)力松弛時(shí)效強(qiáng)化模型的建立

當(dāng)時(shí)效溫度為175℃、時(shí)效時(shí)間為18 h、不同初始加載應(yīng)力(120，140，160，180和200 MPa)條件下，合金應(yīng)力松弛時(shí)效實(shí)驗(yàn)結(jié)果及擬合曲線如圖5所示。

圖5　應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與擬合曲線Fig.5　Experimental data of stress relaxation age and fitting curves

據(jù)圖5中不同初始加載應(yīng)力條件下的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布特點(diǎn)，可以建立如下應(yīng)力松弛模型[16]：

式中：σ為試驗(yàn)應(yīng)力；0σ為加載應(yīng)力；srσ 為應(yīng)力松弛量；m為材料常數(shù)。通過Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到應(yīng)力松弛模型中的參數(shù)如表3所示。

表3　應(yīng)力松弛曲線方程參數(shù)Table 3　Material parameters of stress relaxation model

通過應(yīng)力松弛曲線方程，則可以計(jì)算出不同應(yīng)力水平條件下的應(yīng)力強(qiáng)化作用面積A：

式中：eσ為恒應(yīng)力蠕變時(shí)效試驗(yàn)應(yīng)力；t0為應(yīng)力松弛階段結(jié)束時(shí)間；te為實(shí)驗(yàn)過程總的時(shí)效時(shí)間。從力學(xué)性能測試結(jié)果可以看出：當(dāng)峰值應(yīng)力作用面積Ap= 2 891 MPa·h時(shí)，合金的最大屈服強(qiáng)度增量 dys= 47.3 MPa。若繼續(xù)增大應(yīng)力強(qiáng)化作用面積，則合金的屈服強(qiáng)度增量開始降低。這可能是由于合金在此階段已經(jīng)進(jìn)入過時(shí)效階段，導(dǎo)致合金的性能降低。當(dāng)應(yīng)力作用面積小于Ap時(shí)，合金的屈服強(qiáng)度增量與應(yīng)力作用面積近似呈線性變化關(guān)系(見圖6)。可以建立2219鋁合金應(yīng)力松弛時(shí)效強(qiáng)化模型：

式中：dys為合金屈服強(qiáng)度增量；k和B為材料常數(shù)。通過Origin軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，強(qiáng)化模型中的材料常數(shù)如下：k為0.036 h-1，B為-55.4 MPa，判定系數(shù)R2為98.7%。合金屈服強(qiáng)度增量與應(yīng)力強(qiáng)化作用面積之間的擬合關(guān)系如圖6所示。

3.2蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型的建立

開展不同應(yīng)力條件下的蠕變時(shí)效實(shí)驗(yàn)，然后進(jìn)行力學(xué)性能測試，得到蠕變時(shí)效處理后合金的屈服強(qiáng)度增量隨應(yīng)力強(qiáng)化作用面積的變化關(guān)系。蠕變時(shí)效應(yīng)力強(qiáng)化作用面積可通過恒應(yīng)力與時(shí)效時(shí)間所圍成的面積計(jì)算所得，建立蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型。當(dāng)時(shí)效溫度為175℃、時(shí)效時(shí)間為18 h時(shí)，合金的屈服強(qiáng)度增量與應(yīng)力強(qiáng)化作用面積的關(guān)系如圖7所示。

圖6　應(yīng)力松馳時(shí)效屈服強(qiáng)度增量與應(yīng)力強(qiáng)化作用面積擬合曲線Fig.6　Data fitting curve for yield strength increment stress relaxation age under different stress reinforcement areas

圖7　蠕變時(shí)效屈服強(qiáng)度增量與應(yīng)力強(qiáng)化作用面積擬合曲線Fig.7　Data fitting curve for yield strength increment of creep age under different stress reinforcement areas

圖7中，黑色方形點(diǎn)為不同應(yīng)力強(qiáng)化作用面積所對應(yīng)的合金屈服強(qiáng)度增量實(shí)驗(yàn)值，曲線為通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所擬合的曲線。從圖7可以看出：隨著應(yīng)力強(qiáng)化作用面積的增大，合金屈服強(qiáng)度增量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。合金蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型為式中：pσ為峰值強(qiáng)化作用面積所對應(yīng)的屈服強(qiáng)度增量；Ap為峰值應(yīng)力強(qiáng)化作用面積；A為應(yīng)力強(qiáng)化作用面積；p和n為材料常數(shù)。通過Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到強(qiáng)化模型中的材料參數(shù)：Ap為2 893.5 MPa·h；pσ為20 MPa；p為8；n為2；判定系數(shù)R2為92.8%

3.3應(yīng)力松弛與蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型關(guān)聯(lián)規(guī)律的確定

在時(shí)效過程中，合金屈服強(qiáng)度增量不僅與應(yīng)力強(qiáng)化作用面積有關(guān)，而且初始加載應(yīng)力及作用時(shí)間也對合金的屈服強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。時(shí)效初期是合金強(qiáng)化的重要階段，所以，在時(shí)效初期，高應(yīng)力作用會加速合金內(nèi)析出強(qiáng)化相的析出，使得合金的強(qiáng)度得到較大提高。通過建立的應(yīng)力松弛時(shí)效強(qiáng)化模型與蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型，分別求出在相同應(yīng)力強(qiáng)化作用面積下2個(gè)強(qiáng)化模型所對應(yīng)的屈服強(qiáng)度增量，發(fā)現(xiàn)在相同應(yīng)力強(qiáng)化作用面積條件下，由應(yīng)力松弛時(shí)效強(qiáng)化模型計(jì)算的屈服強(qiáng)度增量要高于由蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型計(jì)算的屈服強(qiáng)度增量。在相同應(yīng)力強(qiáng)化作用面積條件下，分別由應(yīng)力松弛時(shí)效強(qiáng)化模型與蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型計(jì)算的屈服強(qiáng)度增量差值與應(yīng)力強(qiáng)化作用面積存在一定線性關(guān)系，如圖8所示。

圖8　屈服強(qiáng)度增量差值與應(yīng)力強(qiáng)化作用面積線性擬合曲線Fig.8　Linear fitting curve between incremental difference of yield strength and reinforcement area of stress

通過Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到屈服強(qiáng)度增量差值與應(yīng)力強(qiáng)化作用面積的線性擬合方程為

式中：R為合金屈服強(qiáng)度增量差值；l和q為材料常數(shù)。所得屈服強(qiáng)度增量差值模型參數(shù)如下：l為0.022 h-1；q為-38.1 MPa；判定系數(shù)R2為99.2%。通過該模型建立恒應(yīng)力蠕變時(shí)效與恒應(yīng)變應(yīng)力松弛時(shí)效強(qiáng)化模型之間的關(guān)系，從而可以通過進(jìn)行恒應(yīng)力蠕變時(shí)效來預(yù)測恒應(yīng)變應(yīng)力松弛時(shí)效過程中合金強(qiáng)度的演變規(guī)律。

4　結(jié)論

1)應(yīng)力松弛時(shí)效和蠕變時(shí)效對2219鋁合金性能的影響規(guī)律不一致：當(dāng)試驗(yàn)應(yīng)力為160 MPa時(shí)，應(yīng)力松弛時(shí)效處理后合金的屈服強(qiáng)度為310.5 MPa，而蠕變時(shí)效處理后合金的屈服強(qiáng)度為317.1 MPa；先進(jìn)行恒應(yīng)變應(yīng)力松弛時(shí)效后進(jìn)行恒應(yīng)力蠕變時(shí)效處理后合金的區(qū)服強(qiáng)度為344.8 MPa。

2)合金的屈服強(qiáng)度不僅受應(yīng)力強(qiáng)化作用面積的影響，而且在時(shí)效初期階段，高應(yīng)力作用會對合金的屈服強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。

3)建立了2219鋁合金蠕變時(shí)效強(qiáng)化模型和應(yīng)力松弛時(shí)效強(qiáng)化模型，通過對強(qiáng)化模型的驗(yàn)證與分析，發(fā)現(xiàn)在相同應(yīng)力強(qiáng)化作用面積條件下，由2個(gè)強(qiáng)化模型計(jì)算的屈服強(qiáng)度增量差值與應(yīng)力強(qiáng)化作用面積呈線性關(guān)系。因此，可以通過進(jìn)行恒應(yīng)力蠕變時(shí)效來預(yù)測應(yīng)力松弛時(shí)效過程中合金強(qiáng)度的演變規(guī)律。

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(編輯陳燦華)

Strength evolution rule and its model for stress aging of 2219 aluminum alloy

ZHAN Lihua,ZHANG Jiao,JIAShufeng
(State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing,School of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University,Changsha 410083,China)

The comparison experiment of stress relaxation aging and creep aging was carried out under the stress of 120-200 MPa at 175℃ aging for 18 h.The strength model of both stress relaxation aging and creep aging was established.The results show that the yield strength is affected not only by the reinforcement area of stress,but also by the high stress at the beginning of the aging stage through the test of mechanical properties.A linear relationship is found between the incremental difference of yield strength calculated based on the strength model of stress relaxation aging and creep aging under the condition of the same stress reinforcement area.So the evolution rule of strength during stress relaxation aging can be predicted by conducting the experiment of creep aging.

stress relaxation aging;creep aging;mechanical properties;strength model;2219 aluminum alloy

湛利華，教授，從事鋁合金蠕變時(shí)效研究；E-mail:yjs-cast@csu.edu.cn

TG146.2

A

1672-7207(2016)07-2235-07

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.07.008

2015-07-20；

2015-08-24

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2014CB046602)；國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(51235010)；國家教育部博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(20120162110003)(Project(2014CB046602)supported by the National Basic Research Development Program(973 Program)ofChina;Project(51235010)supportedbytheKeyProgramoftheNationalNaturalScienceFoundationofChina; Project(20120162110003)supported by the PhD Programs Foundation of Ministry of Education of China)