高強6XXX鋁合金多元合金化理論與工藝研究.pdf

1、本文系統(tǒng)研究了AA6069合金的多元合金化理論與工藝，通過進一步微合金化，提高了合金的強度，突破AA6069合金的專利，開發(fā)出具有中國特色的高強6XXX鋁合金。
　　本文首先系統(tǒng)研究了主合金元素Mg、Si、Cu對AA6069鋁合金組織與性能的影響規(guī)律，然后考察了制備參數(shù)對Al-V中間合金含V相種類及形態(tài)的影響，以及微量元素V在AA6069鋁合金中的作用。同時，突破AA6069合金的成分范圍，考察了AA6069合金中添加不同含量Mn

2、、以Zr取代AA6069鋁合金中的V、該以Zr代V合金中添加高含量Fe對合金組織性能的影響規(guī)律。開發(fā)出具有自己特色、性能優(yōu)于AA6069合金的含Zr高強6XXX鋁合金，以及強度可以達到500MPa以上的高強6XXX鋁合金。為該類高強6XXX鋁合金工業(yè)化應用提供理論依據(jù)和技術數(shù)據(jù)。
　　首先以AA6069鋁合金化學成分為基礎，詳細考察了Mg/Si比，Cu含量和Mg含量變化對合金微觀組織及擠壓棒材T6態(tài)性能的影響規(guī)律，優(yōu)化了該合金的成

3、分，獲得了強韌性組合良好的主合金成分為:Al-1.6Mg-1.15Si-1.0Cu(wt.％)。
　　然后詳細考察了V含量、熔煉溫度、保溫時間和冷卻速度對Al-V中間合金中含V相的結構、形態(tài)和尺寸的影響，確定了Al-V中間合金的最佳制備工藝為:V加入量為4wt.％，1100℃熔煉保溫10min后急冷。采用此方法制備的Al-4 wt.％V中間合金含V量準確、組織中存在大量彌散細小的花瓣狀Al3V相，并且能耗相對較低。
　　組織

4、觀察表明，V在AA6069鋁合金中主要以細小橢球狀Al(VCrTi)Si相存在，該相可以顯著細化合金鑄態(tài)組織，抑制再結晶，AA6069合金擠壓材T6態(tài)抗拉強度、屈服強度和伸長率可分別為419MPa、361MPa和18.8％。
　　AA6069合金中添加Mn，合金T6態(tài)強度隨Mn含量增加先增加，然后降低，最佳添加量為0.2 wt.％。添加微量Mn形成尺寸細小(＜100nm)、形態(tài)近似球狀或橢球狀的亞穩(wěn)含Mn彌散相，它們抑制再結晶、阻

5、礙位錯運動，從而使合金抗拉強度和屈服強度分別提高到431MPa和372MPa，伸長率為15.6％。
　　采用等量（0.15wt.％）的Zr取代AA6069合金中的V，形成了細小的亞穩(wěn)L12型Al3Zr相和尺寸相對稍大的DO22型Al3Zr相，鑄態(tài)組織顯著細化，擠壓時的再結晶被抑制，同時可促進該合金中Q'相的析出，使合金強度得到進一步提高:擠壓材T6態(tài)抗拉強度和屈服強度分別達到440MPa和361MPa。通過工藝參數(shù)的優(yōu)化，確定該合

6、金的最佳均勻化熱處理制度為:540℃保溫24h后空冷;擠壓棒材的T6熱處理制度為:550℃/2h固溶處理后水淬，170℃/12h人工時效。該合金突破了AA6069合金的成分范圍，形成了具有自己特色的新合金。
　　采用在Al-1.6Mg-1.15Si-1.0Cu-0.15Cr-0.15Zr-0.03 Ti(wt.％)合金中添加一定量的Fe，形成了球狀或棒狀Al(CrFe)Si相。合金中Fe含量的增加，促進了橢球狀DO22型Al3Zr

7、相細小彌散的析出，其與Al(CrFe)Si相的共同作用進一步顯著抑制合金再結晶，還進一步促進了Q'相的析出。Fe含量為0.356wt.％時，合金擠壓棒T6態(tài)的抗拉強度和屈服強度可以分別達到503MPa和478MPa，伸長率為12.25％。當Fe含量為0.601 wt.％時，合金擠壓棒T6態(tài)的抗拉強度和屈服強度可以分別達到520MPa和503MPa，伸長率為10.38％。該合金再一次突破了AA6069合金的范圍，是目前報道的強度最高的6X