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1、航空铝镁锂合金原位拉伸时的织构变化陕西西安710072西北工业大学凝固技术国家重点实验室摘要：在挤压和热轧中，航空铝 - 镁锂合金原位拉伸时的织构变化是使用背散射电子衍射来研究的。电场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和精密试验-5000拉伸阶段用于开展原位拉伸试验和观测。挤压样品的晶体织构在拉伸断裂时由弱立方体织构001 变成结构018 。然而，在拉伸断裂期间，热轧样品中的坚固黄铜制品110 被改成了混合结构的黄铜构件 110 和S123 。在拉伸期间两个样品的织构演变可以由晶粒取向的转动来解释。关键词：铝锂合金;织构;拉伸试验;挤压;热轧这项工作是由中国航天科技集团公司（2011年），研究
2、创新基金的凝固技术国家重点实验室和中国111项目（No.B08040）来支付研究费用的1. 引言 由于铝锂合金的优异特性，即密度低、比刚度和比强度高，以及它们良好的低温性能，耐蚀性和优秀的超塑性能，它们已经成为最为理想的低密度和高强度结构材料，适用于航空工业和航空航天结构部件如燃料电池。 作为一种广泛使用的铝锂合金，铝镁锂的特点是由弹性系数高和密度低。像其他铝锂一样铸造后，该合金通过在高温下挤压或轧制和随后的热处理会发生很大的塑性变形。这些程序形成一定程度的晶体结构和形态组织，这导致了很大的力学性能的各向异性。一个可能的原因是更高程度的晶体织构和特别是强铜110 的构件。除了牢固的晶体结构之外
3、，也应该要考虑到晶体的特别析出和晶体结构之间的相互作用。 织构分析在研究变形和退火后的材料的微观组织的演变是很有帮助的。它提供了关于材料处理史的资料。参考书表明锂的存在不是导致强铜制品构件发展的直接原因；变形温度是影响组织演化的主要因素。在铝镁合金的积聚辊压接合时是根据三个焊道来研究的，织构组分在通过第一个焊道后不能作为最理想的剪切织构组分，随着理想的FCC轧制织构组分的演变，织构强度也随着减弱， 这能与在后继的变形时施加的外力很好地联系在一起。 虽然很多关于铝锂合金组织的论文在20世纪80年代末时已经被发表了，由于织构演变，好像力学性能的各向异性很容易被理解，但断裂的织构演变却没有很好地探究
4、出来，仍需要进一步的研究。这将大大有助于理解和控制织构诱导拉伸成形的定向性，这是众所周知的，关系到成型和结构的设计。 对于航空航天构件的铝锂合金的织构在使用时是可以改变的，这些改变会导致断裂或故障。在这次研究中，是运用背散射电子衍射和原地拉伸阶段来研究挤压样品和热轧样品的织构演变的，这安置于电场发射扫描电子显微镜中。2. 实验 本实验中使用的样品是由中国西南铝业集团有限公司提供的1420挤压棒和表一中的化学成分。 样品被分成了两组，一组是热处理，另一组是热轧。一方面，第一组的热处理过程如下：首先，将样品保持在450下进行均匀化处理20个小时，然后转移到盐浴炉中在460的温度下做45分钟的固溶处
5、理，最后在120的温度下进行12小时的时效处理。另一方面，对于第二组的热轧样品，在460的轧制温度下将热轧样品热轧成10mm厚的钢筋。每个焊道 样品经原位拉伸试验机械加工最后成型如图1所示。对于热扎样品，长边与轧制的方向一致。所有的拉伸样品都被磨过和擦过，最后在Gatan682离子风化器上用背散射电子衍射进行映射。 这些样品被固定在一个MICROTEST-5000拉伸实验台上，被安在蔡司SUPRA55的电场发射扫描电子显微镜中进行原位拉伸试验。如图2所示原位拉伸台在一个扫描式电子显微镜的真空室中。张力速度为0.005 mms。随着拉伸荷载的增加，显微裂纹渐渐地出现，不断地增加，最后这导致了样品
6、的断裂。 背散射电子衍射样品是从拉伸样品的右边区域取来的。背散射电子衍射实验在HKL焊道5的蔡司SUPRA55的电场发射扫描电子显微镜中进行的。在加速电压为20KV，焦距为23.6mm，孔径为60m和压强为5x10Pa的条件下进行。3. 结果3.1 挤压样品的织构演变 图3给出了100，110的镜像图和挤压样品中不同区域的111镜面图。在图3（a）中，可以观察到镜面100的镜像图的中心位置有一块明显的黑色区域，这说明了镜面100在不拉伸部位有很大的分布密度。然而，110和111极图中的取向浓度区域却没有观察到，这说明了100，110镜面与镜面100相比，织构较弱。因此，这表明，在拉伸前镜面10
7、0的大部分晶粒都平行于XoOYo,这是样品的宏观表面的。 在图图3（b）中，拉伸区域的镜面100极图中可以观察到更多的黑色区域。同时，与不拉伸区域的100镜像图相比，黑色区域不仅分布在中心，而且遍布整个100镜像图。另外，也可以在110和111镜像图中观察得到黑色区域，这表明了晶粒是在张力和基准面的织构消失后取向发生变化的。把拉伸区域的100镜像图与标准立方晶体的001镜像图相比，可以得出结论：在拉伸后出现了近似001的织构。 为了证实在拉伸期间晶粒取向的变化，用HKL EBSD后加共软件在图4中展示出了拉伸区域的取向分布功能图。从图4中，可以计算出欧拉角，也可以获取一些重要的取向信息；一些织
8、构如下:014,160和018。因此，拉伸区域的104，106和108镜像图如图5所示。这表明晶粒取向具有向着中心，顶部和下降，以及侧面的磁极聚集的倾向。 与标准立方晶体的001镜像图相比，可以发现在拉伸区域出现018接近于001的织构。3.2热轧钢筋的织构演变 图6 分别给出了热轧样品不同区域的100，110和111的镜像图。在图6（a）中，根据着黑点集中于特殊位置，表明热轧样品的镜像图有很强的规律性。把图6（a）中的镜像图与标准立方晶体110的镜像图相比较，可以在样品中找出Brass110。热轧后，Brass织构在样品中成型导致110镜面与轧制面平行。如：样品的X0Y0镜面，平行于轧制方向
9、，如：X0 方向。 在图6（b）中，不能观察到拉伸区域的强铜织构110的明显变化，这说明了在轧制条件下，Brass织构很强。 用ODF的一系列区域来证实织构在拉伸和不拉伸区域的变化。图7中展示了无拉伸区图7（a）和拉伸区图7（b）热轧钢筋的取向分布功能图。通过比较标准和估计得欧拉角，可以发现织构在不拉伸区域是110和123，说明在拉伸区域是织构S123. 4.讨论 对于一个挤压样品，在拉伸之前，晶粒的基准镜面100平行于X0Y0（图8），这是样品的宏观表明。图8展示了在拉伸前的晶粒取向示意图与伸展方向相平行，Z0与样品表面的法线方向相平行。然而，X0方向的晶粒分布不像Y0的分布那样切确。不同区
10、域的反极像图都在图9中展示了。 从图9（a）和9（b），在拉伸前，大多数晶粒001晶面的法线方向与Z0轴平行，但拉伸后与Y0轴平行。这说明了在拉伸过程中晶粒分别绕着001和010空间轴转。结果是，大多数晶粒的001晶面垂直于Y0轴，与X0轴和Z0轴形成一定的夹角。图10说明了晶粒在拉伸过程（图10（a）、（b）和拉伸后（图10（c）、（d）的取向旋转。由于不充分的空间轴旋转，晶粒取向接近于001织构。 总得来说，在相对大的轧制变形条件下，一些强变形织构包括110强铜结构，S123，110铜结构，100立方结构和11016瓷结构将形成立方材料，一些坚固的织构通过拉伸不能被改变。对于研究中的热轧钢
11、筋样品，在拉伸断裂中110强铜织构被改成110铜混合的织构组分和S123织构。 事实上，从取向功能分布图中计算得出，在不拉伸区域，一类型的织构欧拉角分别为58.4，31.5和65.0，几乎接近于硫结构。通过比较，在拉伸区域欧拉角分别为58.0，35.5和65.0。这说明了硫结构存在于拉伸区域。因此，对于热轧钢筋，由于更大的轧制变形，大多数的晶粒在拉伸期间拉伸区域的转角为4.0比那些在不拉伸区域的角大。5. 结论 1.挤压样品的晶体结构在拉伸断裂时从弱001立方结构变化到018结构。 2.热轧样品中的110强铜结构在拉伸断裂时被改成了110铜混合的织构组分和S123织构。 3.在两种样品中，织构的变化在拉伸时是可以由晶粒取向的旋转引起的。
