Al-Mg-Si-Cu合金的自然时效及其对后续人工时效的影响

发布时间：2017-08-16 13:04

  本文关键词：Al-Mg-Si-Cu合金的自然时效及其对后续人工时效的影响

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【摘要】：Al-Mg-Si-Cu合金密度低,成形性能好,经过热处理后能够得到中高强度,是一种应用广泛的结构材料,尤其是作为车身板材料在汽车轻量化领域有着广阔的应用前景。在实际的生产过程中,这些合金在进行人工时效处理之前不可避免地会在室温下停放,因而会发生自然时效的过程。大多数情况下,自然时效对后续人工时效的时效硬化响应有不利的影响,这种效应称之为“自然时效的负面影响”。本文选取了三种Mg/Si含量比不同的合金(Mg/Si=0.5、1.0、2.0),对其进行了多种时间的自然时效后,在不同的温度下进行人工时效(180℃、2150C和250℃)。采用显微硬度测试、透射电子显微镜(TEM)观察和差示扫描量热法(DSC)测试等手段研究自然时效对后续人工时效的影响,并对其作用机制进行探讨。对于烤漆硬化处理(即短期人工时效处理),得到的主要结论如下：自然时效对后续的烤漆硬化处理有负面影响,随着自然时效时间延长,这种负面影响加剧。经历了相同的自然时效时间,Mg/Si含量比最小的合金具有更弱的自然时效负面影响,只有当自然时效时间足够长时,自然时效对三种合金后续的烤漆硬化处理产生相同程度的负面影响,烤漆硬化潜力消失。自然时效过程中产生的原子团簇大部分在后续烤漆硬化处理过程中不稳定存在,会使烤漆处理后合金中尺寸较大、强化效果较好的Pre-β"相所占的比例变小,导致合金的硬度下降和自然时效负面影响的产生。对于180℃峰值人工时效,得到的主要结论如下：(1)三种合金经历了短期自然时效时,对于Mg/Si含量比较大的两种合金,随着自然时效时间延长,自然时效对后续人工时效显现出一个严重的负面影响。相反的,Mg/Si含量比最小的合金没有明显的自然时效负面影响。当三种合金进行了长期自然时效时,Mg/Si含量比较大的两种合金出现了自然时效负面效应的反转现象,而Mg/Si含量比最小的合金则出现了严重的自然时效负面影响；(2)自然时效对后续人工时效过程中Q"相(L相)的析出没有明显影响,其对后续人工时效的影响主要是通过影响针状p”相的形核生长产生的。我们基于自然时效原子团簇在后续人工时效中的稳定性,提出一种新的机制来描述自然时效是如何对后续人工时效产生负面影响的,而自然时效原子团簇的稳定性受合金的Mg/Si含量比和自然时效时间影响；(3)DSC测试发现自然时效原子团簇有两种类型,分别为Cdl和Cd2。自然时效负面影响与p”相在少量稳定的自然时效团簇上异质形核生长,使得p”相尺寸分布宽化及粗化析出相出现有关。自然时效负面效应的反转则是由于绝大部分的自然时效团簇在人工时效过程中溶解,p”相在基体中重新均匀形核长大,并使其尺寸分布重新变得集中且粗化析出相的出现消失所导致的。对于高温人工时效(215℃和250℃),得到的主要结论如下：与常规的180℃人工时效相似,自然时效对后续人工时效产生影响也是通过影响针状析出相的尺寸和分布产生的。但不一样的是,自然时效对后续高温人工时效的负面影响得到减弱甚至消失,其原因有两方面。一方面,高的时效温度促使析出相尺寸粗化。另一方面,高温人工时效使自然时效原子团簇快速地溶解,从而抑制了自然时效的负面影响。
【关键词】：Al-Mg-Si-Cu合金 自然时效 人工时效 团簇 析出相
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21;TG156.92
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-28
• 1.1 Al-Mg-Si-Cu合金的应用背景及研究现状15-16
• 1.2 Al-Mg-Si-Cu合金的主要强化机制16-19
• 1.2.1 固溶强化16-17
• 1.2.2 细晶强化17
• 1.2.3 第二相强化17
• 1.2.4 析出强化17-19
• 1.3 Al-Mg-Si(-Cu)合金的时效析出序列19-22
• 1.3.1 Al-Mg-Si合金的时效析出序列19-21
• 1.3.2 Al-Mg-Si-Cu合金的时效析出序列21-22
• 1.4 Al-Mg-Si(-Cu)合金自然时效对后续人工时效的影响22-27
• 1.4.1 Al-Mg-Si(-Cu)合金的自然时效过程22-24
• 1.4.2 Al-Mg-Si(-Cu)合金自然时效对后续人工时效的正面影响24-25
• 1.4.3 Al-Mg-Si(-Cu)合金自然时效对后续人工时效的负面影响25-27
• 1.5 本文的研究目的和内容27-28
• 第2章 实验方法28-33
• 2.1 实验合金制备28
• 2.2 热处理工艺28-29
• 2.3 实验研究方法及样品制备29-33
• 2.3.1 显微硬度测试30
• 2.3.2 透射电子显微镜观察30-32
• 2.3.3 差热扫描热量仪测试32-33
• 第3章 Al-Mg-Si-Cu合金自然时效对烤漆硬化处理的负面影响33-48
• 3.1 引言33
• 3.2 合金的自然时效过程33-35
• 3.3 自然时效对烤漆硬化处理的负面影响35-38
• 3.3.1 自然时效对合金烤漆硬化潜力的负面影响35-36
• 3.3.2 自然时效对合金烤漆硬化效果的负面影响36-38
• 3.4 合金烤漆硬化处理后的显微结构表征38-42
• 3.5 分析与讨论42-47
• 3.5.1 烤漆硬化处理后合金中析出相的统计分析42-45
• 3.5.2 自然时效对烤漆硬化处理产生负面影响的机理45-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 自然时效对后续180℃时效硬化的负面影响48-71
• 4.1 引言48-49
• 4.2 短期自然时效对后续180℃时效硬化的负面影响49-59
• 4.2.1 短期自然时效对后续180℃时效硬化行为的负面影响49-51
• 4.2.2 180℃峰值人工时效样品的显微结构表征51-54
• 4.2.3 180℃峰值人工时效样品中析出相的统计分析54-56
• 4.2.4 分析与讨论56-59
• 4.3 长期自然时效对后续180℃时效硬化的负面影响59-69
• 4.3.1 长期自然时效对后续180℃时效硬化行为的负面影响59-61
• 4.3.2 180℃峰值人工时效样品的显微结构表征61-64
• 4.3.3 180℃峰值人工时效样品中析出相的统计分析64-65
• 4.3.4 分析与讨论65-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第5章 自然时效对后续高温时效硬化的负面影响71-86
• 5.1 引言71
• 5.2 自然时效对后续215℃时效硬化的负面影响71-77
• 5.2.1 自然时效对后续215℃时效硬化行为的影响71-73
• 5.2.2 215℃峰值人工时效样品的显微结构表征73-75
• 5.2.3 215℃峰值人工时效样品中析出相的统计分析75-77
• 5.3 自然时效对后续250℃时效硬化的负面影响77-84
• 5.3.1 自然时效对后续250℃时效硬化行为的影响78-79
• 5.3.2 250℃峰值人工时效样品的显微结构表征79-82
• 5.3.3 250℃峰值人工时效样品中析出相的统计分析82-84
• 5.4 分析与讨论84-85
• 5.5 本章小结85-86
• 结论86-88
• 参考文献88-97
• 致谢97-98
• 附录A (攻读学位所期间发表的学术论文目录)98

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本文编号：683416