位错环密度介导的Al-Cu-Li合金拉伸-压缩蠕变不对称性机制研究

本文揭示了Al-Cu-Li合金（AA2195-T351）在155°C时效温度下拉伸/压缩应力状态下的蠕变不对称性机制。研究发现压缩应力通过显著提高位错环密度，进而阻碍线状位错运动并促进T1相（Al2CuLi）形核，最终导致压缩蠕变速率低于拉伸蠕变速率。该研究为铝合金蠕变不对称性机制提供了新的微观结构解释，对航空航天领域蠕变时效成形（CAF）工艺优化具有重要指导意义。

　　

Highlight

实验证实T351 Al-Cu-Li合金在拉伸/压缩应力状态下呈现显著蠕变不对称性：相同温度（155°C）和载荷（120 MPa）条件下，拉伸试样的初始蠕变速率明显高于压缩试样。

Effect of tensile/compressive stress state on creep behavior

通过对比拉伸（Ten-creep）和压缩（Com-creep）蠕变曲线发现，压缩蠕变速率在初始阶段比拉伸蠕变低约40%。这种差异归因于压缩应力促进了位错环的密集形成，这些环形缺陷如同"微观路障"般阻碍位错滑移。

Discussion

透射电镜（TEM）分析揭示关键机制：

1. 1.

   压缩样品中位错环密度比拉伸样品高2.3倍，直接抑制线状位错运动；

2. 2.

   位错环作为T₁相异质形核位点，加速形成纳米级T₁沉淀相（厚度<5nm），这些沉淀相进一步钉扎位错；

3. 3.

   应力取向效应（stress-orientation effect）导致T₁相在{111}_Al晶面择优生长，形成空间位阻网络。

Conclusions

1. 1.

   2195-T351合金的蠕变不对称性主要源于压缩应力诱导的高位错环密度；

2. 2.

   位错环通过双重机制影响蠕变：直接阻碍位错运动+间接促进T₁相强化；

3. 3.

   该发现为铝合金CAF工艺中复杂应力状态的蠕变预测提供了新理论依据。