铝锂合金线材的拉伸及微结构表征

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[摘 要]近年来，作为新型轻金属结构材料的铝锂合金在国内外大力发展。加上焊接技术的进步，高效率和高性能的焊接方法得到了推广，铝锂合金在车辆、船舶、航空航天等各种结构方面的应用不断扩大。但铝锂合金熔焊时存在焊接气孔、焊接热裂纹和接头弱化的问题，特别是接头弱化和气孔问题尤其突出，这导致焊接接头强度远低于母材金属，因此研究与铝锂合金配套的焊丝势在必行。本文以8090铝锂合金为研究对象，将8090铝锂合金棒材进行拉伸，并对其和拉伸后的8090铝锂合金丝的微观结构进行观察。

[关键词]8090铝锂合金 焊丝 金相组织 拉伸实验

中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）01-0283-03

[Abstract]In recent years， aluminum-lithium alloy as a new light metal structural materials at home and abroad to develop. Coupled with advances in welding technology， high efficiency and high-performance welding methods have been promoted， expanding of aluminum-lithium alloys in vehicles， ships， aerospace and other structural aspects. Weld porosity aluminum-lithium alloy welding， welding hot cracking and weakening joints， especially joints weaken and stomatal especially， which led to the welded joint strength is much lower than the base metal， aluminum lithium alloy supporting the wire is imperative.8090Al-Li alloy， 8090 Al-Li alloy bar is stretched， and its stretch after the 8090 Al-Li alloy wire microstructure were observed.

[Key words]Aluminum-lithium alloy， Wire， Microstructure， Tensile test

1 绪言

铝锂合金具有优越的比强度、比模量、断裂韧性、疲劳强度，研究表明：每加入1%锂，可使铝合金质量减轻3%，弹性模量提高6%，比弹性模量增加9%，这种合金与飞机产品上普遍使用的2024和7075合金相比，密度下降7%～11%，弹性模量提高12%～18%。同时，新型铝锂合金，具有良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成形性能以及良好的低温性能，且低温性能优于高温性能。铝锂合金优良的性能，使其在汽车、化工，尤其是航空航天领域有着广泛的应用，并被认为是21世纪理想的航空航天飞行器的结构材料。近年来，随着各国航空航天的飞速发展以及能源环保日益紧迫的形势下，新型铝锂合金向着超强、超韧性、超低密度及改善其各相异性、焊接性能和热稳定性的方向发展。

虽然铝锂合金母材有着良好的综合性能，但是在匹配焊丝方面还有待进一步研究。本文就是将半成品8090铝锂合金棒材进行拉伸，对其及拉伸后8090铝锂合金丝进行微观组织观察。

2 铝锂合金线材的拉伸试验

2.1 实验材料

此次实验以直径为5mm的半成品8090铝锂合金棒材为最初样品。

2.2 实验

2.2.1拉拔试验

根据铝锂合金的压缩比范围通常为15%～20%，用ZLZ4-560及ZLZ6-400直线式拉丝机将直径为5.00mm的半成品8090铝锂合金棒材进行如下表1所列的拉伸：

2.2.2拉伸试验

将纯铝（1060），8090铝锂合金棒材，拉拔后的8090铝锂合金丝在WDW-100D万能实验机上进行拉伸实验。表2，3，4分别列出了各个样品实验测得抗拉强度，断面延长率和峰值。

3 铝锂合金线材的金相实验

3.1 实验说明

金相组织观察是在MEF-3金相显微镜上进行的。

3.2 金相样品的制备[1]

3.2.1取样：用锯子截取适当长度的母材（截取部分远离变形区），截取时避免样品受热或变形引起组织变化且截取的材料尽量使其截面平整。由于截取的母材较细，故需将其镶嵌制样，镶嵌时首先用锯子截取大约与样品同样长的镶嵌管（镶嵌管尽量保持平整），然后用牙托粉和牙托液将试样镶嵌在镶嵌管内，将其搁置一段时间，直至其凝固后即可。

3.2.2磨制：试样的磨制一般分为粗磨和细磨两道工序。粗磨的目的是为了获得一个平整的表面。试样截取后，若表面不平整，则将试样的磨面用砂轮打磨成平面；细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，并为进一步的抛光做好准备，将粗磨好的试样用清水冲洗并擦干后，随即依次用由粗到细的各号金相砂纸将磨面磨光。

3.2.3抛光：抛光的目的在于去除细磨时磨面上遗留下来的细微磨痕和变形层，以获得光滑的镜面。抛光盘上铺西尼绒布，抛光时在抛光盘上不断滴注抛光液三氧化二铬。用极细的三氧化二铬对样品进行抛光来消除细磨后产生的磨痕而使其成为光滑的镜面。

3.2.4浸蚀：试验中用0.5%的HF作为化学浸蚀剂。浸蚀时，用镊子夹住沾足腐蚀液的棉花擦拭抛光面，待试样磨面发暗时即可，然后迅速用水冲洗，接着用酒精冲洗，最后用吹风机吹干，且尽量使其表面保持清洁。

3.3 金相显微镜下观察到的组织

用MEF-3金相显微镜在不同倍数下观察到的各个试样的组织如图2，3，4，5：

4 扫描电子显微镜及能谱分析实验

4.1 实验说明

扫描电子显微镜及能谱分析实验是在低真空扫描电子显微镜，X射线能量色散仪上完成的。

4.2 样品的制备

扫描电子显微镜及能谱分析样品的制备同观察金相组织是的方法基本一致，除了扫描电子显微镜及能谱分析样品不需要进行浸蚀且此样品要求高度一般低于1cm，要保证其组织完好，充分暴露要观察的部位，具有良好的导电性和较高的二次电子产额和要使样品保持充分干燥的状态[2]。

4.3 扫描电子显微镜成像图

用低真空扫描电子显微镜和X射线能量色散仪绘制出的直径为5.00mm的8090铝锂合金棒材的成像图及元素特征峰值图如图6、图7所示：

5 分析与结果

5.1 由拉伸实验分析结果可知

5.1.1 8090铝锂合金棒材的抗拉强度，断面延长率和峰值均比纯铝（1060）的大。而经过拉伸的8090铝锂合金丝的断面延长率较纯铝（1060）有所减小，较8090铝锂合金棒材而言，其抗拉强度较大，断面延长率和峰值均较小。

5.1.2 随着拉伸过程中变形程度的增大，实验所需的负荷也增大，开始时增加幅度基本不变的趋势，慢慢的变大，但此区间很小，接着又呈现出基本不变的趋势，然后增加程度变大且维持较长时间，接着在较长时间内又呈现出平缓的变化趋势，然后慢慢减小，最后迅速下降为零；在室温条件下，当加载速度相同，随着时间的增长，8090铝锂合金棒材与拉伸后的8090铝锂合金焊丝相比较，其在初始时所需负荷较小，且其最终变形程度值较大；当加载速度不同时，8090铝锂合金棒材的试验力-变形曲线的变化趋势基本一致，而拉伸后的8090铝锂合金焊丝的变化趋势有一点差别：在速度较小时，其实验初始负荷随变形程度立即呈现出迅速增长趋势，而当速度较大时，增长趋势平缓，基本保持不变。

5.2 由金相组织观察实验分析结果可知

8090铝锂合金的组织较细较均匀，存在沉淀相δ（Al3Li）[3]，拉伸后的8090铝锂合金丝组织中出现明显的明亮条纹，此条纹可能是拉伸过程中产生的滑移线，且拉伸后组织中有由于冶炼过程中组织不均匀而造成的黑点。

5.3 由扫描电子显微镜实验分析结果可知

8090铝锂合金成分均匀，存在Si、Cu、Ti等原子质量较大的元素。

5.4 由能谱实验分析结果可知

8090铝锂合金棒材中所含主要元素有Al、Si、Cr等，其中Al的结晶最好，且由于Li的原子序数小于5，故无法检测[4]。

6 结论

通过对8090铝锂合金棒材进行拉伸实验可以看出其抗拉强度较纯铝的大；并且从对8090铝锂合金棒材及其拉伸后的8090铝锂合金丝的材料分析实验，金相组织观察实验和扫描电子显微镜及能谱分析实验可以看出，虽然8090铝锂合金中的锂元素含量很少，甚至用能谱仪也无法测出其具体质量分数，但其综合性能仍然较纯铝的好，所以焊丝用铝锂合金线材具有更好的应用前景。

参考文献

[1] 郦剑，吴涛，谢轶伦.2010年7月5日15：53：41，http：//.cn

[2] Nancy.2010年7月20日13：10：22，http：//.cn

[3] 吴承建，陈国良，强文江.金属材料学[M].北京，冶金工业出版社，2010年8月：189

[4] 周玉.材料分析方法[M].哈尔滨工业大学，机械工业出版社，2011年1月：244