Al-Mg-Si-Cu合金的變形時效工藝研究.pdf

1、鋁合金相比于傳統(tǒng)的鋼鐵材料，具有密度小、強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好以及易回收等特點，廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)、電子產(chǎn)品和食品包裝等領(lǐng)域，同時也是航空航天以及汽車制造業(yè)的主要結(jié)構(gòu)材料。為了節(jié)能減排，Al-Mg-Si-Cu(6xxx系)合金在汽車工業(yè)與航空航天領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但是6xxx系鋁合金相對較低的強(qiáng)度限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用，因此，在保持塑性的情況下如何提高其強(qiáng)度是目前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)心的問題。
　　本課題采用變形時效的方法，

2、通過改變軋制前的初始晶粒大小以及軋制過程中的軋制溫度和軋制變形量，來探討這些參數(shù)對時效變形工藝制備 Al-Mg-Si-Cu合金的影響。本文結(jié)合硬度測試和拉伸性能測試等力學(xué)性能測試方法和電子背散射衍射技術(shù)(EBSD)、透射電子顯微鏡(TEM)和差示掃描量熱分析(DSC)等材料表征方法來研究時效變形工藝中加工參數(shù)對Al-Mg-Si-Cu合金力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。
　　實驗總共采用了三種 Al-Mg-Si-Cu合金：L1(Al-0.

3、75Mg-0.75Si-0.8Cu，wt.％)、L2(Al-1.0Mg-0.5Si-0.8Cu，wt.%)和L3(Al-1.0Mg-0.5Si-0.8Cu-0.1Ti，wt.%)，分三個部分：第一部分采用的是 L2和L3兩種合金，L3合金含有微量的Ti，初始晶粒更加細(xì)小，兩種合金工藝條件相同，探討初始晶粒大小對的Al-Mg-Si-Cu合金力學(xué)性能的影響；第二部分采用了L1、L2和L3三種合金，熱處理工藝相同，僅改變軋制過程的溫度來研究其

4、對Al-Mg-Si-Cu合金力學(xué)性能的影響；第三部分采用L1和L2的兩種合金，改變軋制過程的變形量，來研究變形量對Al-Mg-Si-Cu合金力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。本論文得到的主要結(jié)論有以下幾點：
　　(1)對于變形時效工藝，當(dāng)軋制前處理為自然時效一天時，初始晶粒尺寸越小，合金的硬度反而越低，并且強(qiáng)度與延伸率都會降低；當(dāng)軋制前處理為人工時效180℃×10min時，初始晶粒尺寸的大小對合金硬度和強(qiáng)度雖然基本沒有影響，但延伸率會有所

5、降低。綜合考慮，對于時效變形工藝而言，細(xì)化初始晶粒尺寸并不能提高合金的力學(xué)性能。
　　(2)對于L1、L2合金，無論軋制前處理是自然時效還是人工時效，液氮冷軋相較于室溫冷軋，會導(dǎo)致合金的硬度有略微的下降，同時強(qiáng)度與延伸率也會降低，并且這種負(fù)面效應(yīng)對Mg/Si比為2的L2合金而言更大；對于L3合金，當(dāng)軋制前處理為人工時效時，液氮冷軋對合金的影響相比于室溫冷軋差別不大；軋制前處理為NA1D時，液氮冷軋相比室溫冷軋，合金的硬度有所提升，

6、提升后的硬度和強(qiáng)度與室溫冷軋的前處理 NA1D的L2合金相近，但是這種工藝既增加了軋制的工序又增加了添加Ti的成本，顯然沒有必要，所以，對于這種變形時效工藝而言，室溫冷軋的效果比液氮冷軋效果好，所以沒有必要選擇工藝更加復(fù)雜的液氮冷軋。
　　(3)隨著變形量的增加，冷軋 Al-Mg-Si-Cu合金的硬度會逐漸增加，后續(xù)時效過程中形變合金均能進(jìn)一步強(qiáng)化但時效硬化能力逐漸下降。隨著變形量的增大，合金的強(qiáng)度會逐漸增加，延伸率會先下降再上升

7、。即使變形量很大時，強(qiáng)度顯著提升的Al-Mg-Si-Cu合金仍具有很好的延伸率。
　　(4)變形量對合金的微觀組織有顯著的影響，晶粒沿著軋制方向逐漸被顯著拉長為層狀結(jié)構(gòu)，晶粒內(nèi)部發(fā)生破碎的現(xiàn)象，并且形成大量亞晶界等缺陷。變形量比較小的時候，合金內(nèi)位錯密度隨著形變量的增加而增加；變形量比較大的時候，位錯會發(fā)生纏結(jié)甚至形成亞晶。形變導(dǎo)致的位錯組態(tài)變化顯著影響合金的析出特性，通過調(diào)整形變量和時效工藝有助于制備強(qiáng)度和塑性良好結(jié)合的鋁合金。