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1、（2013届）本科毕业设计（论文）资料 题 目 名 称： 铝锂合金热变形流变应力行为研究 学 院（部）： 冶 金 工 程 学 院 专 业： 金属材料工程 学 生 姓 名： 班 级：金属材料094 学号： 指导教师姓名： 职称： 最终评定成绩： 本科毕业论文资料第一部分 毕业论文说明书 （2013届）本科毕业论文题 目 名 称： 铝锂合金热变形流变应力行为研究 学 院（部）： 冶 金 工 程 学 院 专 业： 金属材料工程 学 生 姓 名： 班 级：金属材料094 学号： 指导教师姓名： 职称： 讲师 最终评定成绩： 2013年 6 月湖南工业大学本科毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论
2、文（设计），题目铝锂合金热变形流变应力行为研究是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。作者签名：日期： 年 月 日摘 要利用Gleeble-1500材料热力加工模拟试验机对化学成分为Al-3.6Cu-0.8Zn-0.7Li-0.4Mg-0.4Ag的合金进行高温等温压缩试验，变形温度分别为300，350，400，450，500，变形速率分别为0.01 s-1，0.1 s-1，1 s-1，10s-1，研究该合金在不
3、同变形参数条件下的流变应力行为。试验结果表明：Al-3.6Cu-0.8Zn-0.7Li-0.4Mg-0.4Ag合金流变应力同时受变形温度与变形速率的影响，变形温度升高，流变应力降低，变形速率升高，流变应力增大。应变为0.4时，合金进入稳态，其稳态流变应力可以用含Z参数的阿仑尼乌斯方程来表达，变形速率与变形温度、稳态流变应力之间的本构方程可以表示为：关键词：铝锂合金；热压缩试验；流变应力IABSTRACT The flow behavior of Al-3.6Cu-0.8Zn-0.7Li-0.4Mg-0.4Ag alloy during different hot deformation con
4、ditions was studied by isothermal hot compress on Gleeble-1500 material simulation machine. The deformation temperature range is from 300 to 500 and the strain rate range is from 0.01s-1 to 10s-1. The results show that the strain rate and deformation temperature have a great effect on the flow stres
5、s. The flow stress increases with the increase of strain rate and decreased with the increase of deformation temperature. The flow stress of Al-3.6Cu-0.8Zn-0.7Li-0.4Mg-0.4Ag during the high temperature deformation process can be represented by Z parameter including the Arrhenius term and the thermal
6、 deformation constitutive equation is: Keywords: Aluminium lithium alloy; hot deformation; flow stressII湖南工业大学本科毕业论文目 录第1章 文献综述11.1 铝锂合金的发展11.1.1 国外铝锂合金的发展历程11.1.2 国内铝锂合金的发展历程31.2 铝锂合金的应用31.3 铝锂合金的性能51.4 铝锂合金的生产61.5 研究方法及趋势预测71.5.1 研究方法81.5.2 试验目的81.5.3 趋势预测8第2章 试验方法102.1 试验概述102.2 热模拟试验102.2.1 Glee
7、ble-1500介绍102.2.2 Gleeble-1500构成112.2.3 试样准备122.2.4 试验内容与步骤122.3 金相试验13第3章 试验结果143.1 原始组织观察143.2 真应变应力曲线153.2.1 绘制真应力-应变图153.2.2 分析真应力-应变图183.3 热变形流变应力方程193.3.1 n1的计算213.3.2 的计算233.3.3 热变激活能Q的计算243.3.4 热变形流变应力方程的推导27结 论30参考文献31致 谢32III第1章 文献综述1.1 铝锂合金的发展1817年，瑞典科学家阿弗维在分析锂云母和锂长石时发现了锂（Li），它是世界上最轻的金属元素
8、之一，熔点为186，密度为0.534gcm3（仅为铝的五分之一），它是在铝中的极限溶解度超过1at的四种元素中之一。把锂作为合金元素加到金属铝中，便形成了铝锂合金。加入锂之后，可以降低合金的比重，同时仍然保持较高的刚度强度、较好的抗腐蚀性、抗疲劳性以及适宜的延展性。研究发现，每添加质量分数为1的锂，合金密度会降低3，弹性模量提高6，这种效果是添加其它元素(Be、Mg等)所不能达到的。与一般铝合金相比，在强度相当的前提下，合金密度降低了10，而弹性模量则提高101。因此AlLi系铝合金用作结构材料，具有很大的经济意义。1.1.1 国外铝锂合金的发展历程其实，铝锂合金(Aluminium lith
9、ium alloy )并不是一个全新概念。人们对这种材料的认识经历了相当长的时间，长期以来人们就非常重视对铝锂合金的研究。早在本世纪20年代初，科技工作者就对铝锂合金的研究就已经展开了。期间出现了很多具有代表性的铝锂合金型号（见图1.1）。图1.1 铝锂合金发展历程1924年，德国成功研制出一种工业铝锂合金司克龙（scleron）。这其实是一种含锂量仅为01%的铝锌合金。它的机械性能比当时流行的铝镁合金杜拉铝要稍微好一点。但是由于当时杜拉铝已经得到公认，所以司克龙合金并没有受到应有的重视1。1942年，美国的Alcoa公司(世界上最大的铝合金生产企业)，申报了第一个工业用铝锂合金专利2020。
10、开创了铝锂合金的工业化应用的先河，但是因为其缺口敏感性高、断裂韧性差等缺点于1969年停产2。1943年，高强度铝锌镁铜合金的出现，再一次让人们低估甚至忽略了铝锂合金的工业价值3。1957年，英国研制出了含锂量为1.1%的X-2020铝合金，该合金与其它普通铝合金相比具有更好的抗疲劳性能和高强度。之后这种合金被广泛用于舰载攻击机的机翼和尾翼的蒙皮上，并取得良好的效果。RA-5C飞机使用铝锂合金取代原合金材料后重量减轻了6%，这种减重效果在A330/340飞机上的使用更加明显(每架飞机上使用Al-Li合金650kg，可使飞机减重高达4250kg)。同时，原苏联的研究人员也研制出一种含锂量2%的铝
11、锂合金。虽然各国的铝锂合金研究都取得了一定的成果，但还是因为产品性能未能达标而不能被广泛应用。之后，铝锂合金的发展进入了停滞期1-3。经过了10年徘徊，1967发生了世界范围内的能源危机，这直接促使各大国又开始重视并研究铝锂合金。由于冶金技术和相关技术的提高，使含锂量更大、强度更高、比重更小的铝锂合金的出现成为了可能，期间出现了以2XXX和7XXX系列为代表的铝锂合金。据统计，目前许多国家的先进飞机都采用了这种合金。铝锂合金的成本大约只有碳纤维增强塑料的1/10，但是仍具有低比重、高刚度、高强度等性能特点。例如，采用铝锂合金制造的波音飞机，重量可以减轻14.6%，燃料节省5.4%，飞机制造成本
12、将下降约2.1%，平均每架飞机每年的飞行费用约降低2.2%4。1984年，美国的Alcoa公司又注册了Ai-Cu-Li系高强度，可焊接的2090铝锂合金。同年，英国的Alcan公司研发了8090系列铝锂合金5。1996年6月，雷诺兹金属公司开始售出AA2l97合金板材，用于取代其它材料来制造美国空军F16飞机的舱壁和零件。欧洲试验型战机EFA前部所有薄板状零件皆由8090薄板制成，驾驶舱内也使用了不少铝锂合金，占飞机总重量的9%。英、意合作生产的直升机EH101上，其机身框架、内部结构使用了非常多的铝锂合金板材和锻件，每架减少的重量多达200kg3-5。2000年，美国研制出了几乎没有各向异性
13、的2198、Al-Li-S4系列铝锂合金。此后，美国的莱特材料试验室研制出了AF/C489；Alcoa研制出了牌号为C-155的铝锂合金，其性能非常出色6。1.1.2 国内铝锂合金的发展历程我国对铝锂合金的研究起步较晚，“六十”年代时还是以仿制为主。“七五”开始我国才开始对铝锂合金的研究进行立项，由中南大学、东北大学、航空航天天研究院等科研单位与机构联合开展，主要任务还是仿制俄罗斯的铝锂合金。但是经过攻关，对铝锂合金的生产工艺有了一定的了解，培养了我国自己的研发队伍，为以后的铝锂合金研发奠定了基础。到了“八五”期间，国家加大了对铝锂合金研究的投入力度，在全国各大高校以及研究院内开展基础性研究工作，主要研究内容是中强度可焊接铝锂合金、高强高模铝锂合金、半连续铸造工艺三个方面。经过科技工作者的多年的努力已具备了生产小规格的板材和型材的能力，期间成功研制出了1420及2090国产铝锂合金，使我国的铝锂合金的研究向前迈进了一大步。“九五”期间提出了“高强度铝锂合金”研究课题，并从俄罗斯引进6吨的铝锂合金工业化熔铸生产线6。我国分别在1991、1993、1996年开展了
