Acta Mater.: 铝合金在1万小时长期时效中的沉淀演变

2618A铝合金在长期时效过程中的沉淀演变及相关强化机制

背景和问题

2618A铝合金是一种用于航空航天领域的高性能材料，因其在高温下具有良好的抗长期热时效性能而备受关注。该合金需要在约200°C的温度下长时间（高达10万小时）保持性能。因此，准确预测其在长期时效过程中的力学性能变化至关重要。这种合金的主要强化机制是沉淀强化，其沉淀相主要包括S-Al₂CuMg家族。

然而，Si的添加使得沉淀序列更加复杂，可能形成L、C和Q等相。尽管已有研究关注其时效过程中的力学性能退化，但缺乏系统性的定量研究，尤其是在广泛的温度和时间范围内。

主要方法

本研究采用高通量实验方法，通过在温度梯度下对样品进行长达10,000小时的时效处理，系统研究了2618A铝合金的微观结构和力学性能随时间和温度的变化。

实验中，样品在165°C到245°C的温度梯度中时效，通过硬度测试和小角X射线散射（SAXS）技术评估其力学性能和沉淀相的尺寸与体积分数。

此外，利用透射电子显微镜（TEM）结合扫描预cession电子衍射（SPED）和原子探针断层扫描（APT）技术，对选定条件下的纳米沉淀相进行识别。

通过硬度与拉伸性能的相关性分析，建立了硬度与拉伸性能的线性关系，从而能够从硬度数据推导出等效的拉伸性能。

结果和意义

首次揭示了Si含量对2618A铝合金初始强度的重要贡献，特别是L相的存在对T851状态的强化作用。

在200°C下时效至5,000小时时，强度损失主要由L相的部分溶解和S相的粗化引起。随后，Q相的形成导致S相的进一步不稳定，加速了力学性能的退化。

通过时间-温度等效分析，发现时效过程最初由Cu扩散控制，但在200°C以上时效超过5,000小时后，时效机制发生变化。

这种机制转变与Q相的析出有关，Q相的形成导致S相的部分溶解，从而加速了力学性能的下降。

此外，研究还观察到无沉淀区（PFZ）的形成，但通过沉淀强化的微力学模型分析表明，PFZ对力学性能的影响相对较小。

本研究为预测2618A铝合金在长期时效过程中的力学性能变化提供了重要的理论依据，并揭示了Si含量对合金性能的显著影响。

论文信息

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

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

通讯单位：法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学

Acta Materialia,Available online 15 June 2025,121264

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

论文部分图片，Thomas Perrin et al.,Acta Mater.，2025