题目：Al-Cu-Li-Mg-X合金薄板及其焊接接头的疲劳与断裂行为研究

本论文对Al-Cu-Li-Mg-X合金薄板及其焊接接头的疲劳行为和断裂机制进行了研究。Al-Cu-Li-Mg-X合金属于第三代Al-Li基合金，与传统铝合金相比，它具有更好的断裂韧性、抗疲劳和耐腐蚀性能。这些优良性能使该合金在诸多航空应用领域成为优选材料。此外，先进的焊接技术是其能被广泛应用于主要航空构件的另一重要因素。

本论文研究的是T8态的Al-Li AA2060合金，其化学成分的质量百分比近似为Cu 3.7% ，Li 0.7%，Mg 0.7%，Mn 0.3%，Zn 0.4%，Ag 0.3%，Zr 0.11%。AA2060合金的强化机制包括由T1、δ′、θ′粒子引起的沉淀强化以及由固溶于基体中的Mg、Mn、Zr原子导致的固溶强化。本研究采用搅拌摩擦焊和激光焊两种焊接方法对2mm厚的AA2060合金的轧制板材进行焊接，焊接方向垂直于轧制方向。焊后对焊接接头进行微观组织观察，机械性能测试，疲劳裂纹扩展速率测试，CTOD测试以及断口分析。

AA2060合金母材的机械性能如下：抗拉强度~533MPa，屈服强度~380 MPa，延伸率~16%，显微硬度~173 HV。搅拌摩擦焊接头的机械性能为：抗拉强度355-398 MPa，屈服强度335-351 MPa，延伸率~8.5%。激光焊接头的机械性能与搅拌摩擦焊相似：抗拉强度378-412 MPa，屈服强度285-310 MPa，最大延伸率~4.5%。搅拌摩擦焊和激光焊的最大焊接接头系数分别达76%和78%，焊缝区的显微硬度分别为135HV和89HV。由显微硬度测试结果可知激光焊接头的熔合区更软。

焊接过程导致焊缝的拉伸性能低于母材。激光焊接过程中产生的热量将母材融化，从而使母材中原有的时效强化组织重新转化为缺乏强化相的铸态组织。激光焊接接头的熔合区由细小的等轴枝晶组成，其边界为等轴的球状晶粒。另一方面，搅拌摩擦焊的焊核区由细小、等轴、再结晶的球状晶粒组成，并且在其焊缝区均匀分布有细小的沉淀粒子，这是由于在搅拌摩擦焊的过程中晶粒发生了严重的塑性变形和动态再结晶。

对AA2060合金母材及其两种焊接接头的疲劳裂纹扩展速率试验结果表明，以da/dN-?K 方法测算的裂纹扩展速率排序如下：搅拌摩擦焊?激光焊?母材。由此可知，与焊接接头相比，母材具有更好的抵抗疲劳裂纹扩展的性能。断口分析表明 在激光焊接接头的疲劳试验中，延性条纹出现在裂纹扩展阶段。而针对搅拌摩擦焊接头，当裂纹进入到热机影响区时，疲劳断口表面出现伴有分层特征的细小疲劳条带。通过CTOD试验对断裂韧性进行了评估，结果如下：激光焊≥母材?搅拌摩擦焊，表明激光焊接头比搅拌摩擦焊接头具有更好的抵抗裂纹扩展的性能。这种表现归因于激光焊接头的熔合区在焊接过程中重新演化出的具有独特排列的组织结构。