2000系列Al-Cu合金，特别是高镁含量的2024铝合金，由于其高强度（与亚稳态Al2Cu (θ′)和Al2CuMg (S′)相的沉淀有关）、优异的耐损伤性能以及低密度，在航空航天领域得到了广泛应用。鉴于航空航天应用的设计要求，这些合金的疲劳性能对设计工程师来说至关重要。目前，通过成分控制和加工技术调节微观结构来改善铝合金的疲劳性能已成为研究热点[1]、[2]、[3]。研究表明，通过成分净化、弥散体辅助的微观结构稳定化以及沉淀-热处理状态的优化可以提升疲劳性能。2524-T3铝合金通过减少杂质（尤其是Fe和Si）的含量，其断裂韧性提高了15-20%，疲劳裂纹扩展阻力提高了两倍[4]。为了进一步提高飞机安全性，人们对具有更高强度和韧性的铝合金的需求日益增长。2001年，Alcoa公司基于2024铝合金开发出了2026铝合金[5]。与前辈产品相比，2026铝合金的纯度更高，对Fe和Si等杂质元素的控制更为严格。铸造/均匀化过程中形成的Al3Zr弥散体通过钉扎缺陷和阻碍位错/亚晶界运动，有效抑制了动态再结晶，从而提高了强度和耐损伤性能[6]。
2026铝合金是一种Cu/Mg质量比约为2:1的Al-Cu-Mg合金，与2024铝合金具有相同的主要合金元素，属于三元相图中的（α + S）两相区域。其中，α代表Al基体相，S表示正交结构的Al2CuMg相。其主要强化机制源于人工或自然老化过程中形成的大量纳米级沉淀物，包括GPB区、T（Al20Cu2Mn3）相、S''相、S'相、S（Al2CuMg）相和Al3Zr相。对于固溶处理后的Al-Cu-Mg合金，老化过程中的沉淀顺序为：SSS → GPB区 → S''相 → S'相 → S相。这里，SSS和GPB区对应于Cu/Mg共聚体，而S''/S'是S相的不同相干性级别的亚稳态变体[7]、[8]、[9]。T相弥散体通常在锭材均匀化过程中形成，并在再结晶退火过程中通过钉扎晶界迁移有效细化晶粒[10]、[11]。在随后的固溶处理和老化热处理过程中，这些T相弥散体表现出优异的热稳定性，T/Al界面也成为S相沉淀物的有利成核位点[12]、[13]、[14]、[15]。Zr在α-Al基体中的平衡溶解度极低（约0.083 at.%），这种有限的溶解度为Al3Zr弥散体的形成提供了强烈的热力学驱动力。在固溶处理过程中，大量Zr可以溶解到α-Al中并在淬火后以过饱和固溶体的形式保留；在随后的热处理/老化过程中，过饱和的Zr倾向于以Coherent Al3Zr (L12)弥散体的形式沉淀，这些弥散体在典型老化温度下具有动力学稳定性[16]。因此，主要采用单阶段老化、多阶段老化和非等温老化等热处理方式来控制GPB区和S相沉淀物的形态、大小和分布，从而改善合金在特定应用中的性能。
在典型的飞机运行条件下，巡航过程中由空气动力载荷引起的高频振动主要导致高周疲劳（HCF），其应力幅度相对较低。传统的2024铝合金在T3、T351和T4热处理状态下，HCF耐久极限约为140 MPa，占其抗拉屈服强度的43-45%[17]。相比之下，挤压处理的2026铝合金表现出更优异的HCF抗性，其耐久极限高达334 MPa（约等于屈服强度的90%）[4]，表明其在服役条件下的HCF性能优异。先前的研究已经充分记录了这些特性。值得注意的是，如翼根接头和翼梁连接等应力集中区域可能会经历过载条件，这使得低周疲劳（LCF）行为对于耐损伤设计尤为重要。沉淀物与位错之间的相互作用从根本上决定了铝合金的LCF行为。在循环载荷下，可剪切沉淀物通过切割机制与位错相互作用，导致循环软化行为，从而减缓了疲劳裂纹的生长速率[18]、[19]。当沉淀物生长超过临界尺寸时，位错会通过Orowan环效应绕过它们，导致循环硬化，虽然提高了疲劳强度，但加速了裂纹扩展[20]、[21]。Guo等人[22]研究了2024铝合金在不同老化条件下的LCF行为。他们的研究表明，未充分老化的样品具有更高的疲劳损伤能力，其中位错的平面滑移促进了通过位错堆积的循环硬化。相反，过度老化的样品由于位错交叉滑移导致循环软化，从而降低了疲劳性能[23]。Hao等人[23]研究了应变比对2124-T851铝合金LCF行为的影响。该合金表现出随应变幅度增加而线性减弱的整体循环软化现象，断裂表面呈现混合准解理和凹坑特征。
总之，合金的微观结构对其LCF性能起着关键的控制作用。本研究系统地研究了2026铝合金在两种典型老化状态（T4和T6热处理）下的拉伸和循环疲劳性能。经过固溶处理和自然老化的T4处理合金不含S相沉淀物，主要由过饱和固溶体和少量原子簇组成。相比之下，T6处理合金含有半相干的非稳态S′（SⅠ）沉淀物，其半相干界面和相关的失配应变场对位错滑移提供了强大的抵抗作用，从而通过位错-沉淀物相互作用（例如，根据沉淀物的大小和间距决定钉扎或绕过）控制了循环变形[24]。本研究未考虑过度老化状态，因为其非相干S相沉淀物导致Al基体与沉淀物之间的独立变形行为，导致疲劳强度和延展性较差，不适合实际应用。同时，已知Zr微合金化在铸造/均匀化和后续加工过程中会在Al合金中形成热稳定的Al3Zr弥散体，这会影响沉淀行为和机械/疲劳性能[25]、[26]。（如需要：简要的热力学/相图证据可参考参考文献[27]。）鉴于翼根接头和翼梁连接等应力集中区域的过载条件，研究高应变幅度下的LCF行为具有重要的工程价值。本研究采用经典的Coffin–Manson关系和基于能量的迟滞模型评估了疲劳行为。研究了老化处理后沉淀物的演变以及循环载荷下的微观结构变化/损伤机制，重点关注位错与晶内沉淀物和晶界特征之间的相互作用。研究结果为定制含Zr的Al–Cu–Mg合金的热处理状态以提高疲劳延展性和耐损伤性能提供了基于微观结构的依据。在本研究中，采用基于能量的迟滞模型提取了参数W0和β，从而定量比较了T4和T6热处理状态下的疲劳损伤演变。
