От ямочного к межкристаллитному разрушению: роль старения в деградации пластичности Al-Cu-Li сплава
DOI:
https://doi.org/10.54708/26587572_2026_812412Ключевые слова:
Al-Cu-Li сплав, старение, механические свойства, фрактография, микроструктураАннотация
В работе исследовано влияние старения на механические свойства и характер разрушения алюминиевого сплава AA2055 (Al-Cu-Li). Образцы подвергали искусственному старению при 165 °C в течение 5, 50 и 150 ч, что соответствует недостаренному, пиковому (максимально упрочнённому) и перестаренному состояниям, определённым по кривой старения. В состоянии пикового старения сплав демонстрирует предел текучести 495 МПа, предел прочности 530 МПа и относительное удлинение ~ 6,2 %. Пластичность резко снижается при переходе от недостаренного (удлинение ~ 24 %) к пиковому состоянию и остаётся на низком уровне после перестаривания. Фрактографический анализ показал, что недостаренный сплав разрушается по механизму вязкого транскристаллитного разрушения с образованием ямок. При длительном старении происходит упрочнение матрицы вследствие выделения фазы T1 (Al2CuLi) и одновременная деградация границ зерен, что приводит к локализации пластической деформации и переходу к хрупкому межкристаллитному разрушению. Снижение пластичности с ~ 24 % до ~ 6 % при увеличении времени старения с 5 до 150 ч обусловлено эволюцией наноструктуры выделившихся частиц и сменой доминирующего механизма разрушения – от вязкого (ямочного) к межкристаллитному.Библиографические ссылки
Dursun T., Soutis C. Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys. // Materials and Design, 56, 862–871(2014). DOI:10.1016/j.matdes.2013.12.002
Rioja R.J., Liu J. The evolution of Al-Li base products for aerospace and space applications. // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 43, 3325–3337(2012). DOI:10.1007/s11661-012-1155-z
Smith K.P., Danie A. Aluminum-copper-lithium alloy 2050 developed for medium to thick plate. // Journal of Materials Engineering and Performance, 19, 841–847(2024). DOI:10.1007/s11665-009-9554-z
Sun J., Wu G., Zhang L., Liu W., Zhang J., Shi C., Li W. Role of Cu on the mechanical properties and microstructures evolution of Al-xCu-1Li-0.4Mg-1Zn-0.1Zr alloys. // Materials Science and Engineering: A, 792, 139833(2020). DOI:10.1016/j.msea.2020.139833
Gumbmann E., Lefebvre W., De Geuser F., Sigli C., Deschamps A. The effect of minor solute additions on the precipitation path of an Al-Cu-Li alloy. // Acta Materialia, 115, 104–114(2016). DOI:10.1016/j.actamat.2016.05.050
Li H., Tang Y., Zeng Z., Zheng Z., Zheng F. Effect of ageing time on strength and microstructures of an Al – Cu – Li – Zn – Mg – Mn – Zr alloy. // Materials Science and Engineering: A, 498, 314–320(2008). DOI:10.1016/j.msea.2008.08.001
Liu Q., Zhu R., Liu D., Xu Y., Li J., Chen Y., Zhang X., Zheng Z. Correlation between arti fi cial aging and intergranular corrosion sensitivity of a new Al-Cu-Li alloy sheet. // Materials and Corrosion, 68, 65–76(2016). DOI:10.1002/maco.201609090
Dorin T., De Geuser F., Lefebvre W., Sigli C., Deschamps A. Strengthening mechanisms of T1 precipitates and their influence on the plasticity of an Al-Cu-Li alloy. // Materials Science and Engineering: A, 605, 119–126(2014). DOI:10.1016/j.msea.2014.03.024
Donnadieu P., Shao Y., De Geuser F., Botton G.A., Lazar S., Cheynet M. Atomic structure of T1 precipitates in Al – Li – Cu alloys revisited with HAADF-STEM imaging and small-angle X-ray scattering. // Acta Materialia, 59, 462–472(2011). DOI:10.1016/j.actamat.2010.09.044
Jata K.V., Vasudevan A.K. Effect of fabrication and microstructure on the fracture initiation and growth toughness of Al – Li – Cu alloys. // Materials Science and Engineering: A, 241, 104–113(1998). DOI: 10.1016/S0921-5093(97)00479-6
Decreus B., Deschamps A., Donnadieu P., Ehrström J.C. On the role of microstructure in governing fracture behavior of an aluminum-copper-lithium alloy. // Materials Science and Engineering: A, 586, 418–427(2013). DOI:10.1016/j.msea.2013.06.075
Zhang S., Zeng W., Yang W., Shi C. Ageing response of a Al-Cu-Li 2198 alloy. // Materials and Design, 63, 368–374(2014). DOI:10.1016/j.matdes.2014.04.063
Li H., Huang D., Kang W., Liu J., Ou Y., Li D. Effect of different aging processes on the microstructure and mechanical properties of a novel Al–Cu–Li alloy. // Journal of Materials Science and Technology, 32, 1049–1053(2016). DOI:10.1016/j.jmst.2016.01.018
Li A., Mg C. A study aimed at determining and understanding the fracture behaviour of an Al – Li – Cu – Mg – Zr alloy 8090. // International journal of fracture, 161, 141-159(2014). DOI:10.1007/s10704-009-9439-z
Pasang T., Symonds N., Moutsos S., Wanhill R.J.H., Lynch S.P. Low-energy intergranular fracture in Al-Li alloys. // Engineering Failure Analysis, 22, 166–178(2012). DOI:10.1016/j.engfailanal.2012.01.006
Lynch S.P. Effects of ageing treatments on resistance to intergranular fracture of 8090 Al-Li alloy plate. // Materials Science and Engineering: A, 172, 79–93(1993). DOI: 10.1016/0921-5093(93)90428-H
Lynch S.P., Muddle B.C., Pasang T. Ductile-tobrittle fracture transitions in 8090 Al–Li alloys. // 49, 2863–2874, (2001). DOI: 10.1016/S1359-6454(01)00217-8
Cassada W.A., Shiflet G.J., Starke Jr E.A. The effect of germanium on the precipitation and deformation behavior of Al 2Li alloys. // Acta metallurgica, 34, 367–378(1986). DOI: 10.1016/0001-6160(86)90072-6
Vasudevan A.K., Doherty R.D. Grain boundary ductile fracture in precipitation hardened aluminum alloys. // Acta metallurgica, 35, 1193–1219 (2022). DOI:10.1016/0001-6160(87)90001-0
Goswami R., Bernstein N. Effect of interfaces of grain boundary Al2CuLi plates on fracture behavior of Al-3Cu-2Li. // Acta Materialia, 87, 399–410(2015). DOI:10.1016/j.actamat.2014.12.025
Kim J., Jeun J., Chun H., Rim Y., Yoo J., Yoon J., Lee H. Effect of precipitates on mechanical properties of AA2195. // Journal of Alloys and Compounds, 669, 187–198(2016). DOI:10.1016/j.jallcom.2016.01.229
Jiang B., Cao F., Wang H., Jiang Y., Shen F., Wang B. Effect of aging time on the microstructure evolution and mechanical property in an Al-Cu-Li alloy sheet. // Materials Science and Engineering: A, 740, 157-164(2018). DOI:10.1016/j.msea.2018.10.064
Lynch S.P., Wanhill R.J.H., Byrnes R.T., Bray G.H. Chapter 13-Fracture toughness and fracture modes of aerospace aluminum à lithium alloys. Butterworth-Heinemann, 2014. P. 415–455. DOI:10.1016/B978-0-12-401698-9.00013-6
Yuzbekova D., Zuiko I.S. Effect of solution treatment temperature on the microstructure and properties of 2055 aluminium alloy // Materials. Technologies. Design. 6, 3(18) 91–101(2024). (In Russian) [Юзбекова Д.Ю., Зуйко И.С., Бодякова А.И., Кайбышев Р.О. Влияние температуры обработки на твердый раствор на микроструктуру и свойства алюминиевого сплава 2055 // Материалы. Технологии. Дизайн. 6, 3(18), 91–101(2024)]. DOI:10.54708/26587572
Ber, L.B. On the stages of aging of aluminum alloys. // Technology of light alloys. 4, 66–76(2013). (In Russian) [Бер Л.Б. О стадиях старения алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. 4, 66–76(2013).
Zhang P., Liu G., Sun J. A critical review on the Portevin-Le Chatelier effect in aluminum alloys. // Journal of Central South University, 29, 744–766(2022). DOI:10.1007/s11771-022-4977-x
Aboulfadl H., Deges J., Choi P., Raabe D. Dynamic strain aging studied at the atomic scale. // Acta Materialia, 86, 34–42(2015). DOI:10.1016/j.actamat.2014.12.028
