項目名稱： 耐損傷高強(qiáng)鋁合金組織與性能調(diào)控技術(shù)研究

　　主要完成人： 劉文輝 鄧運來 陳宇強(qiáng)

　　主要完成單位： 湖南科技大學(xué) 中南大學(xué)

　　鋁合金具有密度低、比強(qiáng)高、導(dǎo)熱性好等一系列優(yōu)點，在航空航天、軌道交

　　通以及核電工程等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用， 然而，疲勞損傷一直是威脅鋁合金

　　構(gòu)件服役安全的主要原因。 因此，設(shè)計制備耐損傷高強(qiáng)鋁合金一直是工程與材料

　　科學(xué)領(lǐng)域研究的熱門課題。 本項目以晶體塑性理論為基礎(chǔ)， 建立織構(gòu)演化、 微空

　　洞、微裂紋演化的 3D 晶體細(xì)觀模型，為高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件的損傷演化研究賦予真

　　實的幾何形象和物理過程， 模擬分析第二相、 晶體取向等對鋁合金損傷演化的影

　　響，優(yōu)化高強(qiáng)鋁合金微觀組織以提高鋁合金斷裂性能。 以優(yōu)化的微觀組織為目標(biāo)，

　　通過調(diào)控材料成分、均勻化制度、固溶處理、淬火工藝制備耐損傷高強(qiáng)鋁合金。

　　發(fā)表的 8 篇代表性論文他引 283 次，SCI 他引 100 余次，受到了國內(nèi)外同行的高

　　本項目完成了國家 973 計劃 2 項、國家自然科學(xué)基金委機(jī)械工程學(xué)科青年基

　　金 1 項，另有 3 項在研國家自然科學(xué)基金。 本項目采用理論分析、 計算模擬和實

　　驗分析等手段，從宏、細(xì)、微觀三個尺度揭示鋁合金構(gòu)件中晶體取向、粒子形狀

　　與尺寸、織構(gòu)等對損傷形核及演化的影響， 探明有利于提高高強(qiáng)鋁合金斷裂性能

　　的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，蕞后通過優(yōu)化材料成分、均勻化制度、固溶處理、淬火工藝來調(diào)控

　　鋁合金的第二相粒子、 晶體取向分布， 制備耐損傷高強(qiáng)鋁合金， 取得了系列創(chuàng)新

　　性的研究成果： 1）在有限元模型中以晶體取向為橋梁引入材料的織構(gòu)信息和考

　　慮各向異性效應(yīng)的晶體塑性本構(gòu)模型，首次建立了晶體取向與損傷演化的

　　體有限元模型， 揭示了晶體取向影響空洞形狀、 空洞長大方向、 空洞加速聚合以

　　及裂紋形成的原因； 2）建立了鋁合金損傷演化的多晶體有限元模型， 確立了 FCC

　　晶體中取向差對空洞聚合的影響， 首次從位錯滑移理論的角度揭示了再結(jié)晶影響

　　合金斷裂模式的物理本質(zhì)； 3）揭示了高強(qiáng)度鋁合金在均勻化熱處理過程中第二

　　相粒子間的交互作用機(jī)理， 建立了一種促進(jìn) Al 3Zr 相均勻分布的熱處理技術(shù)模型，

　　提出了一種提高鋁合金疲勞性能的均勻化制度； 4）探明了高強(qiáng)度鋁合金織構(gòu)、

　　第二相粒子等顯微組織在分級固溶熱處理過程中的演變規(guī)律， 揭示了固溶制度對

　　織構(gòu)及損傷演化的影響規(guī)律； 5）建立了高強(qiáng)鋁合金淬透性的表征方法，確定了

　　淬火冷卻過程中主合金元素、 微合金化以及晶體缺陷對高強(qiáng)度鋁合金淬火敏感性

　　的影響機(jī)理； 6 ）結(jié)合原位觀測以及微觀組織分析，闡明了粗大第二相、晶界以

　　及晶粒取向等微結(jié)構(gòu)特征對鋁合金疲勞行為的本質(zhì)作用機(jī)理，揭示了

　　Brass 等織構(gòu)特征對鋁合金疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響機(jī)理， 制備了不同晶粒尺寸

　　以及織構(gòu)特征的合金，分析了 Brass 和 Cube織構(gòu)對鋁合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率的

　　影響，進(jìn)一步驗證了微結(jié)構(gòu)特征對鋁合金疲勞損傷行為的影響規(guī)律， 提出了一種

　　黃銅織構(gòu)抗疲勞鋁合金板材的加工方法。 這些研究成果為高強(qiáng)高韌鋁合金構(gòu)件的

　　設(shè)計、成形及加工提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

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