铝锂合金SCC性能问题及宇航结构合金腐蚀试验

Holroyd等人回顾了2014年第三代铝锂合金的SCC性能[45]。尽管当时可用的数据有限，但一些厚度在30 mm左右的合金试验结果显示，其短横向σSCCth值（远）好于等效传统合金[98，100，102，103，105]。但仍然存在三个问题，且第（2）、（3）项问题在当前尤为重要。

（1）要想实现第三代铝锂合金的最佳性能，就需要复杂的工艺来操作和控制合金的微观结构，而随着产品厚度的增加，实现这一目标所需的技术难度将变得越来越高[45]。

（2）如4.1节所述，第三代铝锂合金在3.5%NaCl溶液中进行连续或干湿交替浸泡都会影响其抗SCC性能[45]。连续浸泡很少导致SCC，但如果有适当的环境和足够高的应力水平，干湿交替浸泡就可能会导致SCC[45]。

（3）NASA[50]目前确定新合金中SCC等级的方法是基于短横向SCC门限应力与纵向屈服应力的比值σSCCth/σy。这种方法建立了NASA和ASTM分级系统之间的联系。如3.2节所述，ASTM系统将铝合金分为四类：

•A（非常高）：≥75%额定最小75%σy。

•B（高）：50%～74%额定最小σy。

•C（中等）：25%～49%额定最小σy，或100 MPa（以较高者为准）。

•D（低）：未达到C级标准。(www.xing528.com)

尽管排名系统之间的联系似乎很有利，但是NASA保留了一个三级（H、M、L）系统。这种差异以及与ASTM系统的不兼容性可能导致SCC分级异常。

以σSCCth/σy得出SCC分级的方法存在的问题

以σSCCth/σy得出SCC分级方法受到Niedzinski等人的批评[100]，他们提供的证据表明，只使用这种比例方法来进行分级可能有利于传统合金，但不利于包括铝锂合金在内的新材料。下面将借助表13和图8来讨论一个基于Niedzinski演示的例子。表13和图8比较了在耐腐蚀T8××条件下4种传统合金和铝锂合金2195板材的最小纵向σy、σSCCth和σSCCth/σy值。图8还显示了NASA当前进行的SCC分级。

表13　常规（传统）2×××合金和早期（1992）第三代铝锂合金2195-T82的最小纵向屈服强度和光滑试样短横向应力腐蚀门限应力

图8　（i）传统2×××合金和早期第三代铝锂合金2195-T82的最小纵向屈服应力和短横向SCC门限应力对比图；（ii）σSCCth/σy比值；（iii）NASA[50]SCC等级：H=高级；M=中级。通过在3.5%NaCl溶液中的干湿交替浸润试验确定了SCC门限应力

表13和图8显示，2195-T82具有比其他合金更高的屈服应力和更高的SCC门限应力。然而，2195合金的极高屈服强度导致σSCCth/σy值介于2219合金与2024和2124合金之间。因此2195-T82被NASA评为M级（中等），即NASA目前的评定认为，该合金的抗SCC特性低于2219-T851和2219-T87合金，且（大体上）该合金的抗SCC特性与2024-T851和2124-T851合金相似。

除上述异常外还应注意，2195-T82的σSCCth/σy比值为0.62，符合ASTM系统的B级（高等）。这种与NASA系统的M级（中等）的不一致显示了两个系统不能完全兼容的缺点。认识到这些问题后，Niedzinski等人提出“绝对SCC门限应力应作为合金分类的基础，且应提供σSCCth/σy值作为合金选择的进一步辅助手段”[100]。