答辩博士：张鹏
指导教师：陈明和教授/博导
论文题目：2A97铝锂合金同步淬火热成形形性协同控制机理研究
答辩委员会：
主席：陈 烽 教授/博导 东南大学
委员：王金相 教授/博导 南京理工大学
沈以赴 教授/博导 南京航空航天大学
郭训忠 教授/博导 南京航空航天大学
朱永伟 教授/博导 南京航空航天大学
谢兰生 教授/硕导 南京航空航天大学
陈明和 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：陆俊华 副教授 南京航空航天大学
答辩时间：2020年6月6日14：30
答辩地点：A15-320A
学位论文简介：
2A97铝锂合金为我国自主研发的第三代新型铝锂合金，具有质量轻、比强度高、焊接性能好等优点，但在室温条件下成形存在可成形性能不理想、塑性差、易开裂、回弹大、热处理后形状畸变以及成形后疲劳断裂性能不理想等问题。针对上述难题，本文采用同步淬火热成形工艺对其进行形性协同控制，深入研究同步淬火形性一体化控制机理与形性协同控制机理，以制造出高性能高质量的2A97铝锂合金钣金件。
论文的主要研究工作包括：
1.2A97铝锂合金同步淬火热流变行为
对2A97铝锂合金进行单轴同步淬火热拉伸试验，研究其成形条件在淬火速率为40℃/s、温度在300-500℃之间、应变速率在0.1-0.001s-1范围内的流变行为；通过分析同步淬火热变形过程中的流变应力变化规律，获得材料在该工艺下的可成形性能以及成形工艺窗口。
2.2A97铝锂合金同步淬火热变形微观组织演变
采用EBSD表征2A97铝锂合金同步淬火热变形组织，揭示2A97铝锂合金同步淬火热变形组织演变规律；采用SEM观察拉伸断口形貌，揭示不同变形温度、应变速率下的断裂性能。从微观角度获得同步淬火热成形工艺窗口，并与结论（1）相互印证。
3.2A97铝锂合金人工时效制度
通过研究不同人工时效制度与3%预塑性变形对固溶2A97铝锂合金的力学性能、组织以及析出相的影响，得出同步淬火热成形工艺中的最佳人工时效时效制度。
4.2A97铝锂合金高温恒温流变行为
研究2A97铝锂合金恒温流变行为，在300-500℃，应变速率为0.1-0.001s-1的变形条件下进行高温恒温拉伸试验，并建立描述材料高温流变应力的本构模型。
5.2A97铝锂合金同步淬火热成形件精度与性能预测
基于2A97铝锂合金高温本构模型编写VUMAT热、力耦合子程序，在ABAQUS仿真软件中建模并调用子程序，以模拟同步淬火热成形并预测钣金成形件的回弹、残余应力、应变情况。通过理论分析与试验研究，得出固溶处理、同步淬火热成形以及人工时效对2A97铝锂合金的组织以及性能影响，预测同步淬火热成形件的力学性能与疲劳断裂性能。
6.2A97铝锂合金同步淬火热变形件的疲劳断裂机制
对原始板料2A97-T3与经过同步淬火热变形工艺处理的2A97-T8态铝锂合金进行疲劳测试。通过分析断口形貌特征，揭示2A97铝锂合金同步淬火热成形件变形区域的疲劳断裂机制，并获得同步淬火热成形工艺与不同应力幅值对材料疲劳断裂机制的影响。
7.2A97铝锂合金同步淬火热成形试验
在同步淬火热成形工艺窗口下试制2A97铝锂合金进行盒形件，并与传统冷成形、新淬火成形工艺下制造盒形件的成形质量与精度进行对比，以验证同步淬火热成形工艺的有效性和实用性。
主要创新点：
1.采用改进的Johnson-Cook、Estrin-Mecking-Avrami本构模型，建立了可以描述2A97铝锂合金同步淬火热变形的流变应力本构模型，并揭示了同步淬火热变形过程中流变应力的变化规律。改进的Johnson-Cook本构模型耦合了应变、应变速率、温度影响因素，拟合流变行为更加准确。
2.通过研究2A97铝锂合金同步淬火热流变行为、微观组织演变与断口形貌，并结合同步淬火热成形关键技术，揭示了同步淬火热成形的形性一体化控制机理。
3.通过研究不同人工时效制度与3%预塑性变形对固溶2A97铝锂合金力学性能与组织的影响，得出200℃×6h+165℃×6h最佳人工时效制度。在该时效制度下，材料析出大量细小、弥散的T1强化相，有效地提高了材料的力学性能、改善了疲劳断裂性能，从而揭示了同步淬火热成形的形性协同控制机理。
4.揭示了2A97铝锂合金在同步淬火成形工艺下的疲劳断裂机制，其断裂机制为以疲劳韧性断裂为主的混合型疲劳断裂。
5. 开发了VUMAT热-力耦合子程序，在ABAQUS软件中实现了2A97铝锂合金同步淬火热成形模拟，并预测了成形件的精度。
