2195鋁鋰合金熱變形流變行為與熱加工圖研究

周璇，肖華強(qiáng)，田雨鑫，黃飛龍，陳諾，陳月明

2195鋁鋰合金熱變形流變行為與熱加工圖研究

周璇，肖華強(qiáng)，田雨鑫，黃飛龍，陳諾，陳月明

（貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴陽 550025）

研究2195鋁鋰合金在實(shí)驗(yàn)溫度360～510 ℃、應(yīng)變速率0.01～10 s?1條件下的熱壓縮變形行為，建立其本構(gòu)模型及熱加工圖，獲取該合金的安全加工工藝參數(shù)。采用Gleeble?3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱變形實(shí)驗(yàn)，分析合金的流變行為及熱加工圖，結(jié)合微觀組織闡述其熱變形機(jī)理，并對所得最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行熱擠壓實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2195鋁鋰合金的流變應(yīng)力隨變形溫度增加而減小，隨應(yīng)變速率增加而增加；其熱激活能為203.643 9 kJ/mol、結(jié)構(gòu)因子為1.943 9×1014、應(yīng)力因子為0.013、應(yīng)變硬化指數(shù)為5.883 9。確定合金的主要失穩(wěn)區(qū)工藝參數(shù)區(qū)間為379～420 ℃、0.75～10 s–1和480～510 ℃、1～10 s?1，安全加工區(qū)間為440～510 ℃、0.01～0.25 s?1。鑄態(tài)2195鋁鋰合金的屈服和抗拉強(qiáng)度分別僅為(179±6)MPa和(239±11)MPa，經(jīng)熱擠壓實(shí)驗(yàn)后分別達(dá)到(605±6)、(633±3)MPa，分別提高了3.5和2.6倍；鑄態(tài)合金的顯微硬度僅為(115±1)HV，熱加工后型材達(dá)到(178±4)HV，相較于鑄態(tài)合金增加了54%。2195鋁鋰合金的流變行為符合正應(yīng)變速率敏感特征，其安全加工區(qū)域集中在高溫低應(yīng)變速率區(qū)，主要發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，實(shí)驗(yàn)型材在此區(qū)域表現(xiàn)出卓越的力學(xué)性能。

2195鋁鋰合金；熱變形試驗(yàn)；流變應(yīng)力；本構(gòu)模型；熱加工圖

2195鋁鋰合金作為迅速發(fā)展的一種先進(jìn)輕量化結(jié)構(gòu)材料，具有低密度、高比強(qiáng)度、高耐腐蝕和耐高溫等諸多優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)載火箭的液氧及低溫推進(jìn)劑貯箱，以及航天飛機(jī)的外部燃料箱及機(jī)身壁板等航空航天領(lǐng)域[1-4]。然而，隨著鋁鋰合金在空天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使其具備高強(qiáng)的使用性能及較高的損傷容限成為當(dāng)前亟需突破的關(guān)鍵任務(wù)。

近年來，國內(nèi)外眾多研究者對鋁鋰合金進(jìn)行了熱變形模擬實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)不僅分析了合金的流變應(yīng)力規(guī)律，還可由真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線建立本構(gòu)方程。楊勝利等[5]采用等溫?zé)釅嚎s試驗(yàn)研究鋁鋰合金在300～500 ℃的流變行為，發(fā)現(xiàn)其流變曲線受到變形溫度、應(yīng)變速率及應(yīng)變量的影響，當(dāng)變形溫度低于410 ℃時，曲線存在明顯的峰值應(yīng)力，且由加工硬化、動態(tài)軟化和穩(wěn)定等3個階段組成；當(dāng)變形溫度超過410 ℃時，峰值應(yīng)力不明顯。董宇等[6]通過熱壓縮實(shí)驗(yàn)研究了熱軋態(tài)2050鋁鋰合金的高溫塑性變形行為，建立了應(yīng)變修正Arrhenius模型和Hensel-Spittel模型的統(tǒng)一本構(gòu)方程，證明應(yīng)變修正Arrhenius模型對合金在穩(wěn)態(tài)流變階段的擬合精度更高，而Hensel- Spittel模型能描述整個熱變形過程的流變應(yīng)力變化，適用于對精度要求不高但對整體性要求高的模擬。李旭等[7]對2195鋁鋰合金進(jìn)行平面應(yīng)變壓縮實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了含有雙曲正弦關(guān)系的本構(gòu)方程，得出該合金的激活能為278.208 kJ/mol。隨著Zener?Hollomon參數(shù)值增加，合金的流變集中增加，合金的軟化機(jī)制主要為動態(tài)回復(fù)，此外還有不連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶形成。

對于大多數(shù)金屬變形而言，適宜的加工參數(shù)是獲得合格產(chǎn)品的關(guān)鍵，而熱加工圖是得到最佳熱變形參數(shù)的有力工具[8-10]。迄今為止，已有不少文獻(xiàn)對2195鋁鋰合金的熱加工圖進(jìn)行研究。Wang等[11]對噴射態(tài)2195鋁鋰合金進(jìn)行了440～550 ℃、0.01～10 s–1的熱壓縮試驗(yàn)，建立了該合金的熱加工圖，發(fā)現(xiàn)動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶是合金在高溫低應(yīng)變速率下組織演變的主導(dǎo)機(jī)制，且在較低應(yīng)變速率下具有明顯的動態(tài)回復(fù)特征。而在低溫高應(yīng)變速率下合金發(fā)生晶間開裂，流動應(yīng)力減小導(dǎo)致形成失穩(wěn)區(qū)，最終確定穩(wěn)定變形區(qū)間為475～525 ℃、0.1～1 s?1。Zhang等[12]通過熱變形模擬實(shí)驗(yàn)，觀察在300～520 ℃時2195鋁鋰合金的微觀組織演變，結(jié)合熱加工圖發(fā)現(xiàn)合金在變形過程中的軟化機(jī)制在中溫（300～360 ℃）時以不連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶為主，在高溫（420～520 ℃）時以連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶為主。以2195鋁鋰合金在熱壓縮模擬實(shí)驗(yàn)過程中的熱流變行為研究為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)造出其本構(gòu)模型和熱加工圖，結(jié)合熱擠壓實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，明晰其熱變形內(nèi)部組織的演變機(jī)理，獲得了2195鋁鋰合金的最優(yōu)熱加工參數(shù)，為空天領(lǐng)域2195鋁鋰合金在實(shí)際熱加工生產(chǎn)中工藝參數(shù)的選擇提供了理論指導(dǎo)及技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)

原材料為鄭州輕研合金科技有限公司提供的鑄態(tài)2195鋁鋰合金，化學(xué)成分見表1。與2195鋁鋰合金標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分進(jìn)行對比，其元素含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。為消除鑄態(tài)合金內(nèi)部組織枝晶偏析等缺陷，將其進(jìn)行440 ℃、16 h和480 ℃、20 h雙極均勻化處理，然后使用線切割機(jī)加工成8 mm×12 mm的圓柱形試樣，再對試樣表面進(jìn)行輕微的打磨處理。熱壓縮實(shí)驗(yàn)在Gleeble?3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，以5 ℃/s的速度到達(dá)設(shè)定溫度后保溫180 s。應(yīng)變速率為0.01、0.1、1、10 s?1，變形溫度為360、390、420、450、480、510 ℃，變形量為60%，真應(yīng)變?yōu)?.916。熱壓縮試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣取出立即水淬，實(shí)驗(yàn)過程見圖1。將實(shí)驗(yàn)后的試樣沿軸向切開，磨拋制成金相試樣，在光學(xué)顯微鏡下觀察變形后的形貌特征。

表1 2195鋁鋰合金的化學(xué)成分

Tab.1 Chemical composition of 2195 Al-Li alloy wt.%

根據(jù)熱加工圖所得的安全熱加工工藝參數(shù)進(jìn)行熱擠壓實(shí)驗(yàn)，將雙極均勻化處理后的2195鋁鋰合金加工成尺寸為100 mm×250 mm的圓柱形棒料，采用700 t臥式擠壓機(jī)將其擠壓成尺寸為50 mm×40 mm的L形型材，將擠壓后型材先后進(jìn)行固溶處理和人工時效處理，再進(jìn)行室溫拉伸性能和硬度測試。擠壓型材出口截面尺寸和拉伸試樣尺寸見圖2。鑄態(tài)和擠壓態(tài)的拉伸和硬度樣品的取樣位置見圖3。

圖1 2195鋁鋰合金熱變形實(shí)驗(yàn)示意圖

圖2 擠壓型材出口截面尺寸及拉伸試樣尺寸

圖3 鑄態(tài)和擠壓態(tài)拉伸及硬度樣品取樣位置

2 結(jié)果與討論

2.1 流變應(yīng)力

2195鋁鋰合金熱變形過程中不同應(yīng)變速率下的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線見圖4。由圖4可知，其流變應(yīng)力隨變形溫度增加和應(yīng)變速率降低而減小。整體而言，在變形初期存在應(yīng)力快速上升階段，隨后應(yīng)力到達(dá)某一值并緩慢上升直至頂峰，最后逐漸穩(wěn)定或緩慢下降到一定值后趨于穩(wěn)定，整個曲線走向符合穩(wěn)態(tài)流變特征。

研究表明[13-14]，材料的熱變形是加工硬化和動態(tài)軟化的過程，在變形初始階段，位錯密度急劇增加，形成位錯纏結(jié)和位錯胞，主要發(fā)生加工硬化，因而流變應(yīng)力急劇上升。隨著流變應(yīng)力進(jìn)一步增加達(dá)到峰值后，合金內(nèi)部的動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶行為逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，材料出現(xiàn)明顯軟化，于是曲線開始緩慢下降。而當(dāng)位錯增殖速率和位錯消失速率相等時，加工硬化和動態(tài)軟化達(dá)到動態(tài)平衡，曲線進(jìn)入穩(wěn)態(tài)流變階段。

由圖4b可知，當(dāng)應(yīng)變速率為0.1 s?1時，在峰值后曲線出現(xiàn)明顯的波浪狀。這是由于當(dāng)變形進(jìn)行到一定程度時，位錯密度積累，晶粒中存儲能增高觸發(fā)新晶粒的形成，動態(tài)再結(jié)晶占據(jù)主導(dǎo)地位，導(dǎo)致曲線開始逐漸下降；由于應(yīng)變速率較低，位錯密度增長速度較慢，沒有足夠的存儲能來一直觸發(fā)新晶粒的形成，此時以硬化為主，曲線重新上升。如此反復(fù)進(jìn)行，從而出現(xiàn)波浪狀的曲線。而在高應(yīng)變速率下，位錯產(chǎn)生速度比較快，有足夠多的存儲能來激勵它形成新晶粒，新晶粒產(chǎn)生的軟化和位錯增殖產(chǎn)生的硬化達(dá)到了平衡，此時曲線達(dá)到了一種穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 2195鋁鋰合金不同應(yīng)變速率下的真應(yīng)力?真應(yīng)變曲線

2195鋁鋰合金在不同變形條件下的峰值應(yīng)力見圖5。流變應(yīng)力作為合金熱加工過程中的重要力學(xué)行為指標(biāo)，通常選用峰值應(yīng)力表示。由圖5可知，當(dāng)應(yīng)變速率不變時，隨著變形溫度升高變形過程的峰值應(yīng)力逐漸減??；當(dāng)變形溫度恒定時，應(yīng)變速率越大峰值應(yīng)力越高?？梢?，2195鋁鋰合金具有明顯的正應(yīng)變速率敏感特征。在變形過程中，由于溫度的升高，導(dǎo)致原子熱運(yùn)動加強(qiáng)，使得材料的變形抗力降低，增強(qiáng)了位錯運(yùn)動能力，同時加強(qiáng)了動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶作用，降低了峰值應(yīng)力。在高應(yīng)變速率下，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的位錯更多，變形抗力提升，同時材料內(nèi)部進(jìn)行動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶的時間變短，導(dǎo)致軟化效果不充分，因此峰值應(yīng)變增加。

圖5 2195鋁鋰合金在不同變形條件下熱壓縮變形的峰值應(yīng)力

2.2 本構(gòu)方程

Arrhenius本構(gòu)模型反映了材料在高溫變形下的流變應(yīng)力、應(yīng)變速率與變形溫度的關(guān)系[15-17]。其中，變形溫度和應(yīng)變速率對變形行為的影響可用Zener-Hollomon參數(shù)表示，見式（1）。

式中：為材料的溫度補(bǔ)償應(yīng)變速率因子；為應(yīng)變速率，s?1；為變形激活能，kJ/mol；為氣體常數(shù)，通常取=8.314 J/(mol·K)；為變形溫度，K。

應(yīng)變速率、流變應(yīng)力和變形溫度之間的關(guān)系可以表示為式（2）。

式中：為常數(shù)。其中，()在不同應(yīng)力狀態(tài)下可表示為式（3）。

式中：為流變應(yīng)力，MPa；1為常數(shù)，應(yīng)力因子=/1。

將任意應(yīng)力狀態(tài)下的()結(jié)合式（2）代入式（1）中，可得到材料的參數(shù)見式（4）。

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由雙曲正弦函數(shù)定義可知式（5）。

由式（4）—（5）得出流變應(yīng)力關(guān)于參數(shù)的函數(shù)，見式（6）。

將式（2）中3種表達(dá)式的兩邊分別取對數(shù)，得到式（7）—（9）。

取各變形條件下的峰值應(yīng)力為流變應(yīng)力，代入式（7）—（8）得到ln?和ln?ln曲線（圖6）。ln?和ln?ln曲線分別對應(yīng)高應(yīng)力和低應(yīng)力狀態(tài)，由圖5的峰值應(yīng)力可知，應(yīng)力較高的溫度為360、390、420 ℃，應(yīng)力較低的溫度為450、480、510 ℃。因此，取圖6a中應(yīng)力較高的溫度360、390、420 ℃的斜率得到值（0.091 6），取圖6b中應(yīng)力較低的溫度450、480、510 ℃的斜率得到1值（7.074 7），則可得應(yīng)力因子=0.013 0，將其代入式（9）得到ln?ln[sinh()]曲線（圖6c），取擬合曲線斜率的平均值可得應(yīng)變硬化指數(shù)=5.883 9。

假設(shè)不考慮溫度，對式（9）進(jìn)行微分，對任意應(yīng)力狀態(tài)下的激活能可表示為式（10）。

變換可得式（11）。

圖6 應(yīng)變速率與流變應(yīng)力關(guān)系曲線

由式（4）兩邊取對數(shù)得式（12）。

將激活能Q代入式（4）中，求出Z參數(shù)，再將Z參數(shù)結(jié)合式(12)可得到ln Z?ln[sinh(ασ)]曲線，見圖7。擬合曲線的截距為lnA=32.900 9，計(jì)算出材料的結(jié)構(gòu)因子A=1.943 9×1014。

綜上所述，建立了2195鋁鋰合金的本構(gòu)方程見式（13）—（15）。

2.3 熱加工圖

熱加工圖常用于表征材料在不同加工條件下的可加工性，由流變失穩(wěn)圖和功率耗散圖組合而成，被認(rèn)為是優(yōu)化熱加工參數(shù)和控制微觀結(jié)構(gòu)的重要工具[5, 20]。利用熱加工圖，可直接獲取材料在熱加工條件下的安全加工區(qū)域和失穩(wěn)區(qū)域。安全加工區(qū)域以材料高溫動態(tài)回復(fù)、動態(tài)再結(jié)晶和超塑性特征為主，可在該區(qū)域內(nèi)選擇適宜的熱加工工藝參數(shù)；相反，失穩(wěn)區(qū)主要表現(xiàn)為形成絕熱剪切帶、局部塑性流動、機(jī)械孿晶、空洞形核及開裂等現(xiàn)象，熱變形過程應(yīng)盡量避免在失穩(wěn)區(qū)內(nèi)進(jìn)行[21-23]。

根據(jù)Prasad等[24]對熱加工圖的建立原理，求解繪制出2195鋁鋰合金的熱加工圖。真應(yīng)變?yōu)?.3、0.5和0.7的熱加工圖見圖8，其中等高線上的值為功率耗散系數(shù)，陰影部分為失穩(wěn)區(qū)。由圖8可知，真應(yīng)變對功率耗散系數(shù)有一定影響，但整體變化趨勢不大。有研究[8, 25-26]表明，功率耗散系數(shù)>0.3的區(qū)域?yàn)楦吆纳^(qū)，主要發(fā)生動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶等安全變形機(jī)制。3種不同真應(yīng)變下的熱加工圖的高耗散區(qū)基本一致，主要集中在440～510 ℃、0.01～0.25 s?1的高溫低應(yīng)變速率區(qū)域，當(dāng)變形參數(shù)為480 ℃、0.01 s?1時，功率耗散系數(shù)達(dá)到峰值，3種不同真應(yīng)變下的熱加工圖的峰值耗散系數(shù)分別為0.48、0.46和0.47。在熱變形中，高溫有利于位錯的充分運(yùn)動，同時低應(yīng)變速率使合金有足夠的時間來實(shí)現(xiàn)動態(tài)回復(fù)，而在高溫下晶粒迅速長大，發(fā)生連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶，其對功率耗散的貢獻(xiàn)相較于動態(tài)回復(fù)更占優(yōu)勢，從而形成功率耗散峰值區(qū)。

當(dāng)真應(yīng)變從0.3增加到0.7時，熱加工圖中的失穩(wěn)區(qū)有略微變化，但在低溫高應(yīng)變速率區(qū)域都存在一個主要的失穩(wěn)區(qū)，變形參數(shù)區(qū)間為379～420 ℃、0.75～10 s?1。當(dāng)變形溫度低和應(yīng)變速率高時，合金內(nèi)部形成的亞晶粒尺寸小，加工硬化在變形過程中占主導(dǎo)地位，金屬的強(qiáng)度和硬度增加而塑性降低。由于晶格畸變恢復(fù)不徹底，變形阻力變大，會導(dǎo)致金屬出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象。同時，功率耗散系數(shù)在該失穩(wěn)區(qū)急劇減小形成一個低谷，可知在此區(qū)域材料的可加工性差，不適合熱加工。另外，在熱加工圖的邊緣處還存在少許的失穩(wěn)區(qū)，這是由于在溫度與應(yīng)變速率過高或過低等極端變形條件下，材料內(nèi)部動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶等現(xiàn)象發(fā)生不充分導(dǎo)致的。

結(jié)合3種不同真應(yīng)變下熱加工圖的高耗散區(qū)和失穩(wěn)區(qū)，可以預(yù)測出2195鋁鋰合金熱變形的主要失穩(wěn)區(qū)工藝參數(shù)區(qū)間為379～420 ℃、0.75～10 s?1和480～510 ℃、1～10 s?1；安全加工區(qū)間為440～510 ℃、0.01～0.25 s?1。

2195鋁鋰合金在不同變形條件下的微觀組織見圖9，2種變形參數(shù)分別對應(yīng)著熱加工圖中的失穩(wěn)區(qū)和安全加工區(qū)。由圖9a可知，組織垂直于壓縮方向且為伸長的纖維狀，表面分布著一些未長大的細(xì)小顆粒，在變形過程中未發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。由圖9b可知，組織形狀發(fā)生了顯著變化，晶界清晰且呈現(xiàn)鋸齒狀，晶界和晶內(nèi)分布著長大的再結(jié)晶顆粒，說明2195鋁鋰合金在此變形條件下發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶?？梢?，顯微組織的觀察結(jié)果與熱加工圖的預(yù)測結(jié)果一致。

圖8 不同應(yīng)變條件下2195鋁鋰合金的熱加工圖

圖9 2195鋁鋰合金在不同變形條件下的金相組織圖

2.4 熱擠壓實(shí)驗(yàn)

為了更好地說明熱加工圖預(yù)測的安全加工參數(shù)具有可靠性，開展熱擠壓試驗(yàn)對其進(jìn)行驗(yàn)證?？紤]到在擠壓過程中產(chǎn)生的摩擦熱和變形熱，會導(dǎo)致實(shí)際擠壓溫度比理論溫度高，因此最終設(shè)定擠壓實(shí)驗(yàn)的坯料預(yù)熱溫度為440 ℃、模具預(yù)熱溫度為480 ℃、擠壓速度為0.5 mm/s。

2195鋁鋰合金鑄態(tài)和熱加工后型材的力學(xué)性能見圖10。擠壓得到的型材實(shí)物見圖10a，可見型材具有良好的成型效果，表面光滑無毛刺，未見彎曲、翹曲等缺陷。由圖10可知，鑄態(tài)合金的屈服和抗拉強(qiáng)度分別僅為（179±6）、（239±11）MPa，而熱加工后型材的屈服和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到（605±6）、（633±3）MPa，分別約為鑄態(tài)合金的3.3倍和2.6倍。鑄態(tài)合金的顯微硬度僅為（115±1）HV，熱加工后型材的顯微硬度達(dá)到（178±4）HV，相較于鑄態(tài)合金增加了54%?？梢?，在安全加工區(qū)間可以加工出性能優(yōu)良的產(chǎn)品。

圖10 2195鋁鋰合金擠壓型材實(shí)物圖及不同合金形態(tài)的力學(xué)性能

3 結(jié)論

1） 2195鋁鋰合金的流變應(yīng)力受到變形參數(shù)、加工硬化和動態(tài)軟化復(fù)合機(jī)制的影響，隨變形溫度增加和應(yīng)變速率降低而減小。在彈性變形階段加工硬化導(dǎo)致流變應(yīng)力迅速上升，在塑性變形階段動態(tài)軟化作為主要變形機(jī)制使流變應(yīng)力趨于平穩(wěn)。

2） 2195鋁鋰合金的熱變形激活能為203.643 9 kJ/mol，流變應(yīng)力本構(gòu)方程見式（13）—（15）。

3）根據(jù)熱加工圖和微觀組織分析可知，2195鋁鋰合金主要在低溫高應(yīng)變速率區(qū)域出現(xiàn)失穩(wěn)區(qū)，安全加工區(qū)域集中在高溫低應(yīng)變速率區(qū)域，在該區(qū)域主要發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，最佳熱加工參數(shù)范圍為440～510 ℃、0.01～0.25 s?1。

4）熱擠壓實(shí)驗(yàn)表明，在適宜的熱加工工藝參數(shù)下，2195鋁鋰合金可以被加工出力學(xué)性能優(yōu)秀的型材，驗(yàn)證了熱加工圖具有很好的參考價值。

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Hot Deformation Behavior and Hot Processing Map of 2195 Al-Li Alloy

ZHOU Xuan, XIAO Hua-qiang, TIAN Yu-xin, HUANG Fei-long, CHEN Nuo, CHEN Yue-ming

(School of Mechanical Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

The work aims to investigate the hot compression deformation behavior of 2195 Al-Li alloy at the experimental temperature of 360-510 ℃ and the strain rate of 0.01-10 s?1and establish its constitutive model and processing map to obtain the safe processing parameters. The hot deformation experiment was carried out by Gleeble-3500 thermal simulation tester. The deformation behavior and processing map of the alloy were analyzed. The hot deformation mechanism was expounded in com-bination with the microstructure, and the obtained optimal parameters were verified by hot extrusion experiment. The flow stress of 2195 Al-Li alloy decreased with the increase of deformation temperature and increased with the increase of strain rate. It was determined that thermal activation energy=203.643 9 kJ/mol, structure factor=1.943 9×1014, stress factor=0.013 0 and strain hardening exponent=5.883 9. The range of process parameters for the main unstable region of the alloy was 379-420 ℃, 0.75-10 s?1and 480-510 ℃, 1-10 s?1and the safe processing region of the alloy was determined to be 440-510 ℃, 0.01-0.25 s?1. The yield strength and tensile strength of the as-cast 2195 Al-Li alloy were only (179±6) MPa and (239±11) MPa, while these two values after hot extrusion experiment reached (605±6) MPa and (633±3) MPa, increasing by 3.5 and 2.6 times, respectively. The microhardness of the as-cast alloy was only (115±1)HV, while the microhardness of profile after hot processing reached (178±4) HV, which was 54% higher than that of the as-cast alloy. The deformation behavior of 2195 Al-Li alloy is consistent with positive strain rate sensitivity. The safe processing region of the alloy is concentrated in the high-temperature low-strain rate region, where dynamic recrystallization mainly occurs and the experimental profile shows excellent mechanical properties.

2195 Al-Li alloy; hot deformation test; flow stress; constitutive model; hot processing map

10.3969/j.issn.1674-6457.2023.01.002

TG146.2+1

A

1674-6457(2023)01-0008-09

2020?09?07

2020-09-07

國家自然科學(xué)基金（52065009）；貴州省科技計(jì)劃（ZK2022204）；貴陽市科技計(jì)劃（筑科合同[2021]1?4號）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技助力經(jīng)濟(jì)2020”重點(diǎn)專項(xiàng)（SQ2020YFF0421630）

National Natural Science Foundation of China (52065009); Science and Technology Planning Project of Guizhou Province (ZK2022204); Science and Technology Planning Project of Guiyang (2021.1-4); National Key R & D Program 'Science and Technology Helping Econemy 2020' Key Special Project Funding of China (SQ2020YFF0421630)

周璇（1996—），男，碩士生，主要研究方向?yàn)檩p合金熱變形及擠壓成形工藝。

ZHOU Xuan (1996-), Male, Postgraduate, Research focus: thermal deformation and extrusion forming process of light alloy.

肖華強(qiáng)（1983—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)榧す庵圃旒拜p合金復(fù)合材料制備。

XIAO Hua-qiang (1983-), Male, Doctor, Professor, Research focus: laser manufacturing and light alloy composite material preparation.

周璇, 肖華強(qiáng), 田雨鑫, 等. 2195鋁鋰合金熱變形流變行為與熱加工圖研究[J]. 精密成形工程, 2023, 15(1): 8-16.

ZHOU Xuan, XIAO Hua-qiang, TIAN Yu-xin, et al. Hot Deformation Behavior and Hot Processing Map of 2195 Al-Li Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(1): 8-16.