摘要
为研究2219铝合金在蠕变时效成形过程中，不同应力状态（拉/压）对其蠕变行为的影响规律，采用室温拉伸的方法研究了165~185℃内单轴拉/压2219铝合金力学性能的变化。结果表明：最佳蠕变时效时间为11 h；在相同的时效制度下，拉/压应力蠕变变形量均随着温度的升高而增加，拉应力的蠕变变形量始终大于压应力的蠕变变形量；无论是拉/压应力蠕变时效还是无应力常规时效，其时效后的性能均随着温度的升高而降低，然而，拉应力时效后性能的下降幅度最为明显；最后，在时效温度为165℃时，不同应力状态下的各项性能指标均表现为最佳。
2219铝合金是一种耐高温、焊接性能优良、高低温力学性能稳定、抗应力腐蚀强、可热处理强化的Al-Cu系铝合金，在贮箱结构材料选用已完全取代2014铝合
图1 蠕变时效成形技术工艺流程
Fig.1 Creep aging forming process
有大量的学者基于2系铝合金的时效时间、时效温度、预变形的引入对蠕变时效过程3个阶段开展了相关机理研究，但这些研究大部分都是基于单轴拉应力条件下的蠕变时效行
依据珠海某公司生产的高温蠕变实验机的产品规格，按照GB/T 2039—199
图2 压缩蠕变试样尺寸示意图
Fig.2 Schematic diagram of compressive creep specimen size
为研究合金在拉应力或压应力蠕变时效行为及性能特点，在蠕变实验前需要对试样进行去毛刺、打磨、固熔强化及淬火处
为使2219铝合金成形成性效果达到最佳，需要研究不同时效时间以及应力水平对其力学性能的影响。初步选定时效时间为1~13 h，时效应力为0~180 MPa。因硬度的测量对合金的尺寸没要求，小样可进行测试，取材较方便，此次研究通过时效硬化曲线直观表示合金是否具有时效硬化现象，再依据硬化曲线确定时效的实验参数。经过时效处理合金目标屈服与抗拉强度分别达350和440 MPa。参照此目标，并依据前期研究结果，开展2219铝合金在蠕变温度165℃下的不同时效时间的屈服强度测量实验，其测量结果见
图3 不同应力水平下屈服强度变化曲线
Fig.3 Yield strength curves under different stress levels
当蠕变应力为120 MPa、时效时间为11 h时，2219铝合金的屈服强度达到峰值为386.6 MPa，而且该应力条件下的任何时刻的屈服强度要明显高于其他应力时效处理后合金的。该时效温度下的材料峰值屈服强度已经远远高于目标屈服强度350 MPa。
前期经过大量反复的实验探索，综合考虑蠕变时效的实验效率与时效后的材料的力学性能最终确定155~185℃范围的蠕变时效温度更为理想。然而，时效温度为155℃力学性能达峰值时时效时间太长且其峰值屈服强度仍低于380 MPa。而在时效温度185℃，应力180 MPa的条件下合金稳态蠕变速率变化幅度过大；另外该工艺条件下拉应力蠕变时效过程的蠕变机制已发生改变。综合考虑，最终取165、175℃两组温度对拉应力与压应力蠕变时效进行对比。
（a） 165℃
（b） 175℃
图4 不同应力下拉和压应力的蠕变时效曲线
Fig.4 Creep aging curves under different tensile and compressive stresses
（a） 屈服强度
（b） 抗拉强度
图5 不同温度条件下，拉压不同应力状态的力学性能对比
Fig.5 Comparison of mechanical properties of different stress states and temperature
由
（a） 屈服强度
（b） 抗拉强度
图6 不同应力水平下，拉/压不同应力状态的力学性能对比
Fig.6 Comparison of mechanical properties of different stress states under different stress
（1）蠕变时效温度为165℃时，在4个应力水平的时效硬化曲线得出在低应力条件下（σ≤120 MPa）最佳蠕变时间为11 h，而较高应力（150~180 MPa）条件下最佳蠕变时间缩短至8 h。综合考虑构件的成形条件，确定2219铝合金最佳蠕变时效时间为11 h。
（2）在相同的蠕变时效制度下，单轴拉伸应力的蠕变变形量大于单轴压缩应力的蠕变变形量。在应力大小为120和180 MPa时，拉应力较压应力的蠕变总变形量分别增加62.6%和 33%。
（3）单轴拉伸/压缩应力蠕变时效和无应力常规时效，拉/压应力蠕变时效和常规时效，其时效后的性能均随着温度的升高而降低，其中拉应力下降幅度最为明显约为12.8%。综合考虑不同应力状态下材料的力学性能，确定最佳时效温度为165℃。
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