微合金化Al-Mg-Si合金中析出相演变和热处理工艺研究

发布时间：2021-04-21 10:41

　　可热处理强化的6000系Al-Mg-Si合金具有密度低、比强度高、良好的成形性和耐蚀性等优点,广泛应用于汽车覆盖件上。这些合金的主要特点是能够在热处理过程中形成大量的纳米析出相来强化合金。微合金化是提高Al-Mg-Si合金机械性能的有效方法之一。理解微合金化元素对于Al-Mg-Si合金析出序列和机械性能的影响至关重要。溶质原子偏聚能够显著影响析出相的形貌和强化能力,因此理解溶质原子偏聚、析出相形貌和强化能力之间的关系,对于提高Al-Mg-Si合金的机械性能至关重要。此外,为了使合金获得成形性和烘烤硬化性的优良结合,需要充分理解热处理工艺与微合金化对于Al-Mg-Si合金中析出强化行为的协同影响。本研究设计了含有不同Ag、Cu含量的四种Al-1.1Mg-0.7Si合金,主要通过原子分辨率的高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）、透射电子显微镜（TEM）和三维原子探针（3DAP）等表征技术,以及热分析、硬度和拉伸测试,并结合密度泛函理论计算,系统研究了:（1）微量添加Ag和Cu对于Al-Mg-Si合金自然时效和析出强化行为的影响;（2）Ag的添加对Al-Mg-Si合金析出相演变机... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：155 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 引言
    1.1 课题背景与意义
    1.2 汽车车身用铝合金的应用现状
    1.3 6000系铝合金的强化机制
        1.3.1 金属材料的强化机制
        1.3.2 Al-Mg-Si（-Cu）合金的强化机制与析出序列
    1.4 合金元素对6000系铝合金的影响
        1.4.1 Mg,Si
        1.4.2 Cu
        1.4.3 Ag
        1.4.4 Sn
        1.4.5 Mn,Cr,Fe
    1.5 溶质原子在合金中的偏聚行为
    1.6 6000系铝合金热处理工艺
        1.6.1 固溶淬火处理
        1.6.2 时效处理
        1.6.3 预处理工艺
    1.7 本论文主要研究内容
2 研究材料与实验方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 合金设计
        2.1.2 热处理工艺
    2.2 实验方法
        2.2.1 力学性能测试
        2.2.2 差示扫描量热法
        2.2.3 微观组织表征
        2.2.4 模拟计算
3 Ag和Cu的添加对Al-Mg-Si合金自然时效和析出强化行为的影响
    3.1 引言
    3.2 Ag和Cu的添加对于合金自然时效后微观组织和性能的影响
        3.2.1 自然时效的硬度曲线及拉伸性能
        3.2.2 自然时效后合金中原子团簇的3DAP分析
        3.2.3 自然时效后合金中原子团簇的强化能力计算
        3.2.4 讨论
    3.3 Ag和Cu的添加对于合金人工时效阶段微观组织和性能的影响
        3.3.1 人工时效的硬度曲线及拉伸性能
        3.3.2 合金析出动力学DSC分析
        3.3.3 人工时效早期合金中原子团簇的3DAP分析
        3.3.4 人工时效早期合金中原子团簇的强化能力计算
        3.3.5 合金峰值时效微观结构的TEM表征
        3.3.6 讨论
    3.4 Ag和Cu的添加对于合金自然时效后人工时效的微观组织和性能的影响
        3.4.1 自然时效后人工时效的硬度曲线
        3.4.2 自然时效对合金人工时效析出动力学的影响
        3.4.3 自然时效后人工时效峰值的微观结构TEM表征
        3.4.4 讨论
    3.5 本章小结
4 Ag的添加对Al-Mg-Si合金析出相演变机制的影响
    4.1 引言
    4.2 Ag添加对析出相演变的影响
        4.2.1 合金人工时效硬度曲线
        4.2.2 不同时效阶段合金微观结构的TEM表征
        4.2.3 含Ag合金中析出相的原子分辨率HAADF-STEM表征
        4.2.4 含Ag合金中析出相的3DAP分析
    4.3 讨论
        4.3.1 Ag对析出相结构演变的影响
        4.3.2 Ag在析出相界面处的偏聚行为
        4.3.3 Ag对析出相强化能力的影响
    4.4 本章小结
5 Cu在析出相界面处的偏聚行为
    5.1 引言
    5.2 β′相的多种形貌和取向的现象
        5.2.1 棒状β′相的HAADF-STEM表征
        5.2.2 板条状β′相的HAADF-STEM表征
        5.2.3 讨论
    5.3 Cu在析出相界面处的偏聚行为
        5.3.1 Cu在不同析出相界面处偏聚的HAADF-STEM表征
        5.3.2 讨论
    5.4 本章小结
6 预时效及微合金化对Al-Mg-Si合金析出强化的综合影响
    6.1 引言
    6.2 不同预时效工艺下合金的机械性能
        6.2.1 硬度曲线
        6.2.2 拉伸性能
    6.3 合金析出动力学DSC分析
    6.4 预时效后合金的微观结构
        6.4.1 原子团簇的3DAP表征
        6.4.2 合金的微观结构TEM表征
        6.4.3 析出相的HAADF-STEM表征
    6.5 讨论
    6.6 本章小结
7 结论
    7.1 主要结论
    7.2 研究工作的特点和创新点
    7.3 研究展望
参考文献
附录
    A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
    B.发明专利
    C.作者在攻读博士学位期间所获奖项
    D.学位论文数据集
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金中的Sn微合金化:强化作用及机制[J]. 贾志宏,翁瑶瑶,丁立鹏,程韬,刘莹莹,刘庆.  材料导报. 2017(09)
[2]汽车车身用6000系铝合金板材微观组织与热处理工艺的研究进展[J]. 贾志宏,丁立鹏,吴赛楠,王雪丽,刘庆,陈昌云.  材料工程. 2014(12)
[3]AlMgSi（Cu）合金中纳米析出相的结构演变[J]. 陈江华,刘春辉.  中国有色金属学报. 2011(10)
[4]汽车轻量化以及铝合金汽车板的应用[J]. 马鸣图,游江海,路洪洲.  新材料产业. 2009(09)
[5]Sn、Bi对Al-Mg-Si合金切削性能的影响[J]. 姜锋,王炜,尹志民,瞿纪平,陈小波,向周丹.  特种铸造及有色合金. 2009(04)
[6]铝合金汽车覆盖件的生产和相关技术研发进展[J]. 路洪洲,马鸣图,游江海,李志刚.  世界有色金属. 2008(05)
[7]汽车轻量化及铝合金的应用[J]. 马鸣图,李志刚,易红亮,向晓峰,方平.  世界有色金属. 2006(10)
[8]汽车轻量化材料及相关技术的研究进展[J]. 马鸣图,柏建仁.  新材料产业. 2006(06)
[9]Sn在651合金中存在的形式和对性能的影响[J]. 唐桂林,王永年.  轻合金加工技术. 1988(11)



本文编号：3151611