Al-Cu-Mg合金第二相控制作用下的强Goss织构演变及细化Goss晶粒研究

The Al-Cu-Mg alloy sheets with strong and fine Goss texture are the standard materials for aircraft skins produced by Alcoa, and possess excellent resistance for fatigue damage. For personal profit, Alcoa does not publish and report the relative information about the mechanism of Goss texture evolution and preparation methods. Therefore, the key for improving fatigue property and breaking technology blockade abroad is how to obtain strong Goss texture and refine Goss grains simultaneously. Previous research found that the strong and fine Goss texture can be obtained only by controlling second phase to induce particle stimulated nucleation (PSN). To this end, on the clues of second phases, this project intends to reveal the evolution characteristics of deformed textures under the control of second phases during hot rolling, the effect of PSN on {x10}<001>,(x≥1) grain growth and size control theory, and the special transformation mechanism from RD-rotated Cube texture to Goss component during recrystallization. It is expected to clarify the mechanism for the formation of strong and fine Goss texture, which will provide the important theoretical foundation for preparing Al-Cu-Mg alloy with excellent resistance for fatigue damage.

具有高强度且晶粒尺寸细小的Goss织构Al-Cu-Mg合金板材是美国Alcoa公司用于飞机蒙皮材料的标准产品，具有极其优异的耐疲劳损伤性能。Alcoa公司出于自身利益考虑，严格控制了有关该合金Goss晶粒组织形成演变及其加工控制方法。由此，如何获得高强度Goss织构、且细化Goss晶粒成为了提高合金抗疲劳损伤性能、打破国外技术封锁的关键。前期研究发现，只有通过第二相控制诱导粒子激发形核（PSN）效应才有可能获得晶粒尺寸细小的强Goss织构。为此本项目以第二相为线索，拟揭示热轧过程中第二相作用下的形变织构演变特征、再结晶过程中PSN效应对{x10}<001>,(x≥1)取向晶粒生长和尺寸控制机制及RD旋转Cube织构向Goss织构的特殊转变机制，从而阐明高强度且晶粒尺寸细小的Goss织构形成机理。这将为高耐疲劳损伤型Al-Cu-Mg合金板材制备提供重要的理论依据。

Goss晶粒与邻近晶粒具有大的扭转角，能有效促进疲劳裂纹偏折，提高裂纹扩展抗力，因此如何获得高强度 Goss 织构成为提高合金抗疲劳损伤性能的关键。项目以板材加工过程中织构演变特征为研究主线，深入分析了热轧、退火和固溶工艺阶段内的织构演变特征，同时揭示了各工艺之间的织构转变的相互制约及交叉影响规律。在项目的支持下，顺利完成了原申请书中的研究内容。首先揭示了S(Al2CuMg)相在Al-Cu-Mg系合金热轧过程中对形变织构的形成影响及机制，研究发现，S相能有效提高铝基体的剪切滑移倾向，以此促进了其它取向晶粒向Brass取向晶粒的转变，因此其能有效提高热轧过程中Brass织构强度。其次，阐明了合金在退火条件下的织构演变规律及PSN效应下的{x10}<001>,(x≥1)织构形成机制。结果表明，再结晶织构的形成取决于S相尺寸，当S相尺寸小于4.5μm，退火后Brass转变为Goss{110}<001>织构；当S相尺寸位于4.5-8μm范围时退火后Brass转变为r-Goss{210}<001>织构。而对于富铁相所诱导的PSN效应则会导致Brass织构向随机织构的转变，降低Goss和r-Goss织构强度。最后，项目澄清了固溶过程中Goss织构的复杂形成机制。研究表明，固溶过程中存在三种Goss织构形成机制。其一，当原始退火织构组分为强RD旋转Cube织构及弱Brass和Cube织构组成时，经488℃/20min固溶处理后，RD旋转Cube织构能向Goss织构进一步转变。当原始退火织构为强Goss和Brass及弱Cube组合时，经498℃/10min固溶处理后，Goss织构可以消耗Brass织构，进一步演变为较强的Goss织构。当原始退火织构为强r-Goss和弱Brass及Cube组合时，经498℃/10min固溶处理后，可以获得高强度的Goss织构。通过热轧-退火-固溶各工艺关联调控，制备出Goss织构强度在21-29rl之间、Goss晶粒度在109-367μm范围内的Al-Cu-Mg合金时效态板材。项目的完成为国产高耐疲劳损伤大飞机用蒙皮铝合金的制备提供了重要的理论依据。