Effects of Selective Laser Surface Treatment on Plasticity of 2060 Al-Li Alloy

CHENG Shenghao; WU Xiang; BAI Haowei; LIU Yujing; WANG Yihao; WANG Jincheng

doi:10.15980/j.tzzz.T20240066

Topic·Ultralight Metal Materials | Views : 0 下载量: 2 CSCD: 0

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Effects of Selective Laser Surface Treatment on Plasticity of 2060 Al-Li Alloy
Vol. 45, Issue 3, Pages: 334-341(2025)
Received：28 February 2024，

Revised：19 April 2024，

Accepted：2024-04-19，

Published：20 March 2025
DOI： 10.15980/j.tzzz.T20240066
稿件说明：

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程声昊，吴翔，白浩玮，等. 选择性激光表面处理对2060 Al-Li合金的塑性的影响［J］. 特种铸造及有色合金，2025，45（3）：334-341. DOI： 10.15980/j.tzzz.T20240066.

CHENG S H，WU X，BAI H W，et al. Effects of selective laser surface treatment on plasticity of 2060 Al-Li alloy［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2025，45（3）：334-341. DOI： 10.15980/j.tzzz.T20240066.

摘要

通过原位拉伸二维应变试验和分子动力学模拟系统研究了激光间隔扫描工艺对2060 Al-Li合金拉伸变形行为的影响。结果表明，激光间隔扫描在2060 Al-Li合金表面形成粗晶和细晶交替排列的微观组织，并显著提高其塑性。间隔激光扫描处理试样在塑性应变过程中出现局部塑性变形特性，交替排列的粗晶和细晶微观结构可以改变拉伸剪切带扩展方向，减缓了剪切变形区微裂纹形成和扩展，提高其伸长率。激光处理后的2060 Al-Li合金的总伸长率提高了47.2%。

Abstract

The influence of laser interval scanning process on tensile and deformation behavior of 2060 Al-Li alloy was systematically investigated by in-situ tensile two-dimensional strain （DIC） experiments and molecular dynamics simulations. The results indicate that laser interval scanning leads to a microstructure with alternating coarse and fine grains on the surface of 2060 Al-Li alloy， significantly enhancing elongation. Localized plastic deformation occurs in the interval laser-scanned specimens during tensile deformation， and alternating microstructure of coarsed and fine grains after interval scanning can alter the propagation direction of tensile shear bands， retarding the formation and growth of microcracks at shear deformation regions， furthering improving the ductility. The total elongation of laser-treated 2060 Al-Li alloy is increased by 47.2%.

关键词

Keywords

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DURSUN T ， SOUTIS C . Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys ［J］. Materials & Design ， 2014 ， 56 ： 862 - 871 .

ZHANG X S ， CHEN Y J ， HU J L . Recent advances in the development of aerospace materials ［J］. Progress in Aerospace Sciences ， 2018 ， 97 ： 22 - 34 .

GUPTA R K ， NAYAN N ， NAGASIREESHA G ， et al . Development and characterization of Al-Li alloys ［J］. Materials Science and Engineering ， 2006 ， A420 ： 228 - 234 .

YANG X M ， WANG B Y ， ZHOU J ， et al . Influence of process parameters on deep drawing of 2060 Al-Li alloy under hot stamping process ［J］. International Journal of Lightweight Materials and Manufacture ， 2020 ， 3 ： 36 - 42 .

柴晓徽，孙志平，张矗 . 激光重熔调控合金组织和性能研究进展［J］. 特种铸造及有色合金， 2019 ， 39 （ 6 ）： 608 - 612 .

雷临苹，叶宏，宋坤，等 . Al 2 O 3 -TiO 2 对铝合金表面激光熔覆 NiAl 涂层组织性能的影响［J］. 表面技术， 2018 ， 47 （ 10 ）： 145 - 150 .

唐仕光，陈泉志，蒋智秋，等 . 激光重熔处理对铝合金微弧氧化膜组织与性能的影响［J］. 材料工程， 2018 ， 46 （ 12 ）： 161 - 168 .

YILBAS B S ， SHUJA S Z ， ARIF A ， et al . Laser-shock processing of steel ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2003 ， 13 ： 6 - 17 .

ZANEEN S ， LANGER K ， FITZPATRICK M E . Effect of alloy temper on surface modification of aluminium 2624 by laser shock peening ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2018 ， 347 ： 123 - 135 .

LU W Q ， LIU Y J ， WU X ， et al . Corrosion and passivation behavior of Ti-6Al-4V surfaces treated with high-energy pulsed laser： A comparative study of cast and 3D-printed specimens in a NaCl solution ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2023 ， 470 ： 129 849 .

YANG Y ， LIAN X L ， ZHOU K ， et al . Effects of laser shock peening on microstructures and properties of 2195 Al-Li alloy ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2019 ， 781 ： 330 - 336 .

MONTROSS C S ， WEI T ， YE L ， et al . Laser shock processing and its effects on microstructure and properties of metal alloys： A review ［J］. International Journal of Fatigue ， 2002 ， 24 ： 1 021 - 1 036 .

ZHANG X Y ， HUANG T ， YANG W X ， et al . Microstructure and mechanical properties of laser beam-welded AA2060 Al-Li alloy ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2016 ， 237 ： 301 - 308 .

PATRIARCA L ， FOLETTI S ， BERETTA S . A comparison of DIC-based techniques to measure crack closure in LCF ［J］. Theoretical and Applied Fracture Mechanics ， 2018 ， 98 ： 230 - 243 .

YU W ， XIN M L ， LI Y ， et al . Tribological and texture analysis in Twin-roll casting 2060 Al-Li alloy ［J］. Materials & Design ， 2022 ， 223 ： 111 253 .

CHEN Y J ， KONG F Q ， YANG J C ， et al . Damage behavior of 2198-T8 Al-Li alloy with different corrosion fatigue modes ［J］. International Journal of Fatigue ， 2022 ， 156 ： 106 671 .

CHEN Y J ， SONG X J ， JI C M ， et al . Characterizing the damage behavior of thin sheets for fuselage based on in situ corrosion fatigue test and digital image correlation technique ［J］. International Journal of Damage Mechanics ， 2021 ， 30 ： 399 - 414 .

ZHAKHOVSKII V V ， INOGAMOY N A ， PETROVP Y V ， et al . Molecular dynamics simulation of femtosecond ablation and spallation with different interatomic potentials ［J］. Applied Surface Science ， 2009 ， 25 ： 9 592 - 9 596 .

LIN K X ， CHEN H M ， ZHOU Y L ， et al . Design strategies towards the optimal shock-tolerance of nanocrystalline Al matrix composite ［J］. Ceramics International ， 2024 ， 50 ： 4 502 - 4 512 .

JIANG D D ， SHAO J L ， HE A M ， et al . Dynamic fracture characteristics of nanocrystalline Al containing He bubbles ［J］. Scripta Materialia ， 2023 ， 234 ： 115 546 .

STUKOWASKI A . Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO - the open visualization tool ［J］. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering ， 2010 ， 18 ： 015 012 .

CHEN R ， WANG H M ， LI J ， et al . Effect of laser remelting and heat treatment on microstructure and wear resistance of 2A97 Al-Li alloy ［J］. Surfaces and Interfaces ， 2022 ， 33 ： 102 197 .

LEI X W ， NUAM V L ， BAI Y ， et al . Investigation on laser beam remelted Al-Cu-Li alloy part I： Segregation and aging behavior at grain and dendrite boundaries ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2021 ， 855 ： 157 519 .

LUO S H ， HE W F ， ZHOU L C ， et al . Aluminizing mechanism on a nickel-based alloy with surface nanostructure produced by laser shock peening and its effect on fatigue strength ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2018 ， 342 ： 29 - 36 .

SUN R J ， LI L H ， ZHU Y ， et al . Microstructure， residual stress and tensile properties control of wire-arc additive manufactured 2319 aluminum alloy with laser shock peening ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2018 ， 747 ： 255 - 265 .

WANG J T ， XIE L ， LUO K Y ， et al . Improving creep properties of 7075 aluminum alloy by laser shock peening ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2018 ， 349 ： 725 - 735 .

LU J Z ， LUO K Y ， ZHANG Y K ， et al . Grain refinement of LY2 aluminum alloy induced by ultra-high plastic strain during multiple laser shock processing impacts ［J］. Acta Materialia ， 2010 ， 58 ： 3 984 - 3 994 .

WANG J T ， ZHANG Y K ， CHEN J F ， et al . Effects of laser shock peening on stress corrosion behavior of 7075 aluminum alloy laser welded joints ［J］. Materials Science and Engineering ， 2015 ， A647 ： 7 - 14 .

WANG J C ， ZHU R ， LIU Y J ， et al . Understanding melt pool characteristics in laser powder bed fusion： An overview of single- and multi-track melt pools for process optimization ［J］. Advanced Powder Materials ， 2023 （ 2 ）： 100 137 .

MA H Y ， WANG J C ， QIN P ， et al . Advances in additively manufactured titanium alloys by powder bed fusion and directed energy deposition： Microstructure， defects， and mechanical behavior ［J］. Journal of Materials Science & Technology ， 2024 ， 183 ： 32 - 62 .

GE M Z ， XIANG J Y ， FAN Z ， et al . Effect of laser energy on microstructure of Mg-3Al-1Zn alloy treated by LSP ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2018 ， 734 ： 266 - 274 .

ARAULLO-PETERS V ， GAULT B ， DE GEUSER F ， et al . Microstructural evolution during ageing of Al-Cu-Li-x alloys ［J］. Acta Materialia ， 2014 ， 66 ： 199 - 208 .

HE G A ， LI K ， YANG Y ， et al . Effect of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of cryogenic rolling 2195 Al-Cu-Li alloy ［J］. Materials Science and Engineering ， 2021 ， A822 ： 141 682 .

PENG Y L ， MA Y E ， SUN W B ， et al . Buckling fatigue behavior of 2A97 Al-Li alloy stiffened panels under shear loading ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2021 ， 128 ： 105 575 .

NOBLE B ， THOMPSON G . T1 （Al2CuLi） Precipitation in aluminium-copper-lithium alloys ［J］. Metal Science ， 1972 （ 6 ）： 167 - 174 .

SRIVATSAN T S ， COYNE E J ， STARKE E A . Microstructural characterization of two lithium-containing aluminium alloys ［J］. Journal of Materials Science ， 1986 ， 21 ： 1 553 - 1 560 .

WEI X X ， LIN X ， XU X ， et al . Remelting-induced anomalous eutectic formation during solidification of deeply undercooled eutectic alloy melts ［J］. Acta Materialia ， 2015 ， 95 ： 44 - 56 .

DECREUS B ， DESCHAMPS A ， DE GEUSER F ， et al . The influence of Cu/Li ratio on precipitation in Al-Cu-Li alloys ［J］. Acta Materialia ， 2013 ， 61 ： 2 207 - 2 218 .

DENG Y J ， BAI J H ， WU X D ， et al . Investigation on formation mechanism of T1 precipitate in an Al-Cu-Li alloy ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2017 ， 723 ： 661 - 666 .

LI H ， CHEN T J ， LI W L ， et al . Grain size dependent microstructure and texture evolution during dynamic deformation of nanocrystalline face-centered cubic materials ［J］. Acta Materialia ， 2021 ， 216 ： 117 088 .

EI-ATY A A ， XU Y ， GUO X Z ， et al . Strengthening mechanisms， deformation behavior， and anisotropic mechanical properties of Al-Li alloys： A review ［J］. Journal of Advanced Research ， 2018 （ 10 ）： 49 - 67 .

NIE X F ， HE W F ， ZANG S L ， et al . Effect study and application to improve high cycle fatigue resistance of TC11 titanium alloy by laser shock peening with multiple impacts ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2014 ， 253 ： 68 - 75 .

TSAI A P ， INOUE A ， MASUMOTO T . Quasicrystalline and related crystalline phases in Al-Pd-Fe system ［J］. Materials Transactions ， 1993 ， 34 ： 155 - 161 .

YANG Y ， ZHOU K ， LI G J . Surface gradient microstructural characteristics and evolution mechanism of 2195 aluminum lithium alloy induced by laser shock peening ［J］. Optics & Laser Technology ， 2019 ， 109 ： 1 - 7 .

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