基于Al-Mg-Si-Sc-Zr合金的商用车轮毂轻量化全流程设计及优化
发布时间：2021-12-17 11:51
《中国制造2025》指明中国装备制造的发展方向,针对汽车零部件先进成形与节能环保提出轻量化要求,意味着对其结构与工艺的重新设计,其中发展轻质高强新材料是一个重要的研究课题。本文在此背景下,围绕商用车关键部件的轻量化,从材料研发着手,结合工艺及结构优化进行全流程设计及研究。针对变形铝合金开展新材料的研发,以高强优塑为目标制备Al-Mg-Si-Sc-Zr合金,研究Sc/Zr元素在铝合金中的存在态及其在塑性变形和热处理过程中的演变,探讨合金的力学性能与其热处理、成形工艺和结构的相互影响关系。取得的研究结果如下:1、研究Al3（Sc,Zr）初生相形态,大小和分布,重点研究变形状态下Al3（Sc,Zr）第二相的析出情况及其对合金力学性能的影响。结果表明,初生Al3（Sc,Zr）颗粒在合金凝固过程中可作为α-Al基体的异相形核位点,形成细小的等轴晶组织;Al3（Sc,Zr）沉淀相强烈阻碍了位错的运动和晶界的迁移导致显著的亚晶界强化和沉淀强化效应。2、在揭示Al3（Sc,Zr）在合金中的微观演变规律的基础上调整合金成分,进行不同变形程度的轧制,以最大化的Al3（Sc,Zr）第二相析出为目的研究合金高...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２常用商用车轮毂：（ａ）钢制轮毂；（ｂ）铝制轮毂??
?顏觀？：街權??图１．３?６０８２铝合金组织间??（ａ）未添加Ｓｃ、Ｚｒ；?（ｂ）添加微量的Ｓｃ、Ｚｒ??Ｆｉｇ?１．３?Ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?６０８２?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ；?（ａ）?Ｗｉｔｈｏｕｔ?Ｓｃ?ａｎｄ?Ｚｒ；?（ｂ）?Ｗｉｔｈ?ｔｒａｃｅｓ?ｏｆ?Ｓｃ?ａｎｄ?Ｚｒ??肖代红等Ｎ］，研宄添加０．３?％Ｓｃ对ＡＡ７０８５合金的铸态及锻造态的显微组织和??力学性能的影响发现，添加０．３?％Ｓｃ能细化铸态合金的晶粒，抑制锻造态合金的再??结晶，最终提高基体合金的强度和断裂韧性；其强化机制主要是Ａｌ３（Ｓｃ，Ｚｒ）相引起??的细晶强化、亚结构强化和沉淀强化。??张伟等［５９］，在铝合金材料中添加不同比例的Ｓｃ、Ｚｒ元素，并对其均匀化、热??挤压态、固溶态和时效态的组织与性能进行了对比分析。结果表明：添加微量Ｓｃ??和Ｚｒ，会在凝固过程中形成初生Ａｌ３（Ｓｃ，Ｚｒ），可显著细化合金铸态晶粒，见图１．４??所示；均匀化时形成的次生Ａｌ３（Ｓｃ，Ｚｒ）粒子可以强烈钉扎位错和亚晶界，有效抑制??变形组织的再结晶，显著提高合金的力学性能。与不含Ｓｃ、Ｚｒ的合金相比，含？??０．０５?％Ｓｃ和０．１５?％Ｚｒ的合金经固溶处理和峰值时效处理后其抗拉强度和屈服强度??都显著提高
张伟等［５９］，在铝合金材料中添加不同比例的Ｓｃ、Ｚｒ元素，并对其均匀化、热??挤压态、固溶态和时效态的组织与性能进行了对比分析。结果表明：添加微量Ｓｃ??和Ｚｒ，会在凝固过程中形成初生Ａｌ３（Ｓｃ，Ｚｒ），可显著细化合金铸态晶粒，见图１．４??所示；均匀化时形成的次生Ａｌ３（Ｓｃ，Ｚｒ）粒子可以强烈钉扎位错和亚晶界，有效抑制??变形组织的再结晶，显著提高合金的力学性能。与不含Ｓｃ、Ｚｒ的合金相比，含？??０．０５?％Ｓｃ和０．１５?％Ｚｒ的合金经固溶处理和峰值时效处理后其抗拉强度和屈服强度??都显著提高，并且认为其强化作用主要来自含Ｓｃ、Ｚｒ化合物对合金起到的亚结构??强化、析出强化和细晶强化。??图１．４添加稀土元素的铝合金微观组织［５９］??（ａ）Ａｌ基体和析出物的衍射；（ｂ）在晶界和位错处形成大量的弥散的Ａｂ（Ｓｃ，Ｚｒ）析出物??Ｆｉｇ?１．４?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｗｉｔｈ?ｒａｒｅ?ｅａｒｔｈ?ｅｌｅｍｅｎｔ?（ａ）?Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?Ａ１?ｍａｔｒｉｘ?ａｎｄ??ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ．ＦＩＧ；?（ｂ）?Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?ｌａｒｇｅ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｓｍａｌｌ??ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?Ａｂ（Ｓｃ，Ｚｒ）?ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ?ａｔ?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ?ａｎｄ?ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]等温复合锻造工艺对2A14铝合金轮毂组织与力学性能的影响[J]. 余永新,肖代红,周鹏飞,黄兰萍,刘文胜. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(01)
[2]铝合金轮毂锻造组织缺陷有限元分析与工艺优化[J]. 陈微,谷艳飞,董春法,杨秀芝,王向杰,官英平. 锻压技术. 2018(10)
[3]锻造镁合金轮毂机加工后热处理工艺研究[J]. 王柱兴,吕金旗,栗智鹏. 金属加工(热加工). 2018(07)
[4]基于灰色关联分析的7050铝合金轮毂锻造工艺优化[J]. 丁世林,黄海松,康佩栋,张钧星. 铸造技术. 2018(05)
[5]商用铝合金轮毂法兰盘锻造工艺研究及参数优化[J]. 李亨,季云浩,李明,张振威,徐圆义. 模具工业. 2018(05)
[6]铝合金轮毂成形工艺分析[J]. 陈鹤. 世界有色金属. 2018(05)
[7]压下量及时效对搅拌摩擦加工6061铝合金组织和力学性能的影响[J]. 李亨,司媛,罗志勇,周士昂,张真,吴玉程. 材料热处理学报. 2018(04)
[8]多级时效工艺对汽车轮毂铝合金材料组织和性能影响的研究[J]. 黄蓓,杨途才,陈林,李雪姿,石伟和,卓伊玲. 世界有色金属. 2017(18)
[9]微量Sc、Zr及形变热处理对Al-Mg-Si合金组织与性能的影响[J]. 闫华,李亨,司媛,李明,张真,吴玉程. 金属热处理. 2017(11)
[10]Effect of Sc and Zr additions on microstructures and corrosion behavior of Al-Cu-Mg-Sc-Zr alloys[J]. Fangfang Sun,Guiru Liu Nash,Qunying Li,Enzuo Liu,Chunnain He,Chunsheng Shi,Naiqin Zhao. Journal of Materials Science & Technology. 2017(09)
博士论文
[1]TA15钛合金大型航空结构件成形特性与工艺研究[D]. 薛松.重庆大学 2011
硕士论文
[1]双相不锈钢热变形过程晶粒细化的研究[D]. 安笑频.河北工程大学 2018
[2]加压成形工艺参数和热处理工艺对6061铝合金组织及性能的影响[D]. 都凯.沈阳工业大学 2018
[3]基于物理与数值模拟的5083铝合金高颈法兰锻造工艺研究[D]. 关宇飞.湖南大学 2018
[4]AF1410钢热变形行为及显微组织研究[D]. 朱志飞.湖南大学 2018
[5]碳纤维复合材料轮辋结构设计及优化[D]. 邱瑞斌.湖南大学 2017
[6]7A85铝合金热变形行为及航空锻件工艺模拟研究[D]. 杨帅.燕山大学 2017
[7]多楔带轮旋压成形工艺及缺陷分析研究[D]. 夏冲冲.合肥工业大学 2017
[8]A356铝合金汽车轮毂的热处理工艺研究[D]. 原海峰.燕山大学 2016
[9]A356铝合金轮毂热处理工艺及冲击失效分析研究[D]. 王玉柱.燕山大学 2016
[10]重型汽车轮毂的有限元分析及优化设计[D]. 李家应.江苏大学 2016
本文编号：3540063
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２常用商用车轮毂：（ａ）钢制轮毂；（ｂ）铝制轮毂??
?顏觀？：街權??图１．３?６０８２铝合金组织间??（ａ）未添加Ｓｃ、Ｚｒ；?（ｂ）添加微量的Ｓｃ、Ｚｒ??Ｆｉｇ?１．３?Ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?６０８２?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ；?（ａ）?Ｗｉｔｈｏｕｔ?Ｓｃ?ａｎｄ?Ｚｒ；?（ｂ）?Ｗｉｔｈ?ｔｒａｃｅｓ?ｏｆ?Ｓｃ?ａｎｄ?Ｚｒ??肖代红等Ｎ］，研宄添加０．３?％Ｓｃ对ＡＡ７０８５合金的铸态及锻造态的显微组织和??力学性能的影响发现，添加０．３?％Ｓｃ能细化铸态合金的晶粒，抑制锻造态合金的再??结晶，最终提高基体合金的强度和断裂韧性；其强化机制主要是Ａｌ３（Ｓｃ，Ｚｒ）相引起??的细晶强化、亚结构强化和沉淀强化。??张伟等［５９］，在铝合金材料中添加不同比例的Ｓｃ、Ｚｒ元素，并对其均匀化、热??挤压态、固溶态和时效态的组织与性能进行了对比分析。结果表明：添加微量Ｓｃ??和Ｚｒ，会在凝固过程中形成初生Ａｌ３（Ｓｃ，Ｚｒ），可显著细化合金铸态晶粒，见图１．４??所示；均匀化时形成的次生Ａｌ３（Ｓｃ，Ｚｒ）粒子可以强烈钉扎位错和亚晶界，有效抑制??变形组织的再结晶，显著提高合金的力学性能。与不含Ｓｃ、Ｚｒ的合金相比，含？??０．０５?％Ｓｃ和０．１５?％Ｚｒ的合金经固溶处理和峰值时效处理后其抗拉强度和屈服强度??都显著提高
张伟等［５９］，在铝合金材料中添加不同比例的Ｓｃ、Ｚｒ元素，并对其均匀化、热??挤压态、固溶态和时效态的组织与性能进行了对比分析。结果表明：添加微量Ｓｃ??和Ｚｒ，会在凝固过程中形成初生Ａｌ３（Ｓｃ，Ｚｒ），可显著细化合金铸态晶粒，见图１．４??所示；均匀化时形成的次生Ａｌ３（Ｓｃ，Ｚｒ）粒子可以强烈钉扎位错和亚晶界，有效抑制??变形组织的再结晶，显著提高合金的力学性能。与不含Ｓｃ、Ｚｒ的合金相比，含？??０．０５?％Ｓｃ和０．１５?％Ｚｒ的合金经固溶处理和峰值时效处理后其抗拉强度和屈服强度??都显著提高，并且认为其强化作用主要来自含Ｓｃ、Ｚｒ化合物对合金起到的亚结构??强化、析出强化和细晶强化。??图１．４添加稀土元素的铝合金微观组织［５９］??（ａ）Ａｌ基体和析出物的衍射；（ｂ）在晶界和位错处形成大量的弥散的Ａｂ（Ｓｃ，Ｚｒ）析出物??Ｆｉｇ?１．４?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｗｉｔｈ?ｒａｒｅ?ｅａｒｔｈ?ｅｌｅｍｅｎｔ?（ａ）?Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?Ａ１?ｍａｔｒｉｘ?ａｎｄ??ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ．ＦＩＧ；?（ｂ）?Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?ｌａｒｇｅ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｓｍａｌｌ??ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?Ａｂ（Ｓｃ，Ｚｒ）?ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ?ａｔ?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ?ａｎｄ?ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]等温复合锻造工艺对2A14铝合金轮毂组织与力学性能的影响[J]. 余永新,肖代红,周鹏飞,黄兰萍,刘文胜. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(01)
[2]铝合金轮毂锻造组织缺陷有限元分析与工艺优化[J]. 陈微,谷艳飞,董春法,杨秀芝,王向杰,官英平. 锻压技术. 2018(10)
[3]锻造镁合金轮毂机加工后热处理工艺研究[J]. 王柱兴,吕金旗,栗智鹏. 金属加工(热加工). 2018(07)
[4]基于灰色关联分析的7050铝合金轮毂锻造工艺优化[J]. 丁世林,黄海松,康佩栋,张钧星. 铸造技术. 2018(05)
[5]商用铝合金轮毂法兰盘锻造工艺研究及参数优化[J]. 李亨,季云浩,李明,张振威,徐圆义. 模具工业. 2018(05)
[6]铝合金轮毂成形工艺分析[J]. 陈鹤. 世界有色金属. 2018(05)
[7]压下量及时效对搅拌摩擦加工6061铝合金组织和力学性能的影响[J]. 李亨,司媛,罗志勇,周士昂,张真,吴玉程. 材料热处理学报. 2018(04)
[8]多级时效工艺对汽车轮毂铝合金材料组织和性能影响的研究[J]. 黄蓓,杨途才,陈林,李雪姿,石伟和,卓伊玲. 世界有色金属. 2017(18)
[9]微量Sc、Zr及形变热处理对Al-Mg-Si合金组织与性能的影响[J]. 闫华,李亨,司媛,李明,张真,吴玉程. 金属热处理. 2017(11)
[10]Effect of Sc and Zr additions on microstructures and corrosion behavior of Al-Cu-Mg-Sc-Zr alloys[J]. Fangfang Sun,Guiru Liu Nash,Qunying Li,Enzuo Liu,Chunnain He,Chunsheng Shi,Naiqin Zhao. Journal of Materials Science & Technology. 2017(09)
博士论文
[1]TA15钛合金大型航空结构件成形特性与工艺研究[D]. 薛松.重庆大学 2011
硕士论文
[1]双相不锈钢热变形过程晶粒细化的研究[D]. 安笑频.河北工程大学 2018
[2]加压成形工艺参数和热处理工艺对6061铝合金组织及性能的影响[D]. 都凯.沈阳工业大学 2018
[3]基于物理与数值模拟的5083铝合金高颈法兰锻造工艺研究[D]. 关宇飞.湖南大学 2018
[4]AF1410钢热变形行为及显微组织研究[D]. 朱志飞.湖南大学 2018
[5]碳纤维复合材料轮辋结构设计及优化[D]. 邱瑞斌.湖南大学 2017
[6]7A85铝合金热变形行为及航空锻件工艺模拟研究[D]. 杨帅.燕山大学 2017
[7]多楔带轮旋压成形工艺及缺陷分析研究[D]. 夏冲冲.合肥工业大学 2017
[8]A356铝合金汽车轮毂的热处理工艺研究[D]. 原海峰.燕山大学 2016
[9]A356铝合金轮毂热处理工艺及冲击失效分析研究[D]. 王玉柱.燕山大学 2016
[10]重型汽车轮毂的有限元分析及优化设计[D]. 李家应.江苏大学 2016
本文编号：3540063
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