Al-Mg-Si-Cu合金的变形时效工艺研究

发布时间：2017-10-11 16:32

  本文关键词：Al-Mg-Si-Cu合金的变形时效工艺研究

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【摘要】：铝合金相比于传统的钢铁材料,具有密度小、强度高、抗腐蚀性能好以及易回收等特点,广泛应用于建筑行业、电子产品和食品包装等领域,同时也是航空航天以及汽车制造业的主要结构材料。为了节能减排,Al-Mg-Si-Cu(6xxx系)合金在汽车工业与航空航天领域得到了越来越广泛的应用。但是6xxx系铝合金相对较低的强度限制了其进一步的应用,因此,在保持塑性的情况下如何提高其强度是目前学术界和工业界共同关心的问题。本课题采用变形时效的方法,通过改变轧制前的初始晶粒大小以及轧制过程中的轧制温度和轧制变形量,来探讨这些参数对时效变形工艺制备Al-Mg-Si-Cu合金的影响。本文结合硬度测试和拉伸性能测试等力学性能测试方法和电子背散射衍射技术(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)和差示扫描量热分析(DSC)等材料表征方法来研究时效变形工艺中加工参数对Al-Mg-Si-Cu合金力学性能和微观结构的影响。实验总共采用了三种Al-Mg-Si-Cu合金:L1(Al-0.75Mg-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.%),分三个部分:第一部分采用的是L2和L3两种合金,L3合金含有微量的Ti,初始晶粒更加细小,两种合金工艺条件相同,探讨初始晶粒大小对的Al-Mg-Si-Cu合金力学性能的影响;第二部分采用了L1、L2和L3三种合金,热处理工艺相同,仅改变轧制过程的温度来研究其对Al-Mg-Si-Cu合金力学性能的影响;第三部分采用L1和L2的两种合金,改变轧制过程的变形量,来研究变形量对Al-Mg-Si-Cu合金力学性能和微观结构的影响。本论文得到的主要结论有以下几点:(1)对于变形时效工艺,当轧制前处理为自然时效一天时,初始晶粒尺寸越小,合金的硬度反而越低,并且强度与延伸率都会降低;当轧制前处理为人工时效180℃×10min时,初始晶粒尺寸的大小对合金硬度和强度虽然基本没有影响,但延伸率会有所降低。综合考虑,对于时效变形工艺而言,细化初始晶粒尺寸并不能提高合金的力学性能。(2)对于L1、L2合金,无论轧制前处理是自然时效还是人工时效,液氮冷轧相较于室温冷轧,会导致合金的硬度有略微的下降,同时强度与延伸率也会降低,并且这种负面效应对Mg/Si比为2的L2合金而言更大;对于L3合金,当轧制前处理为人工时效时,液氮冷轧对合金的影响相比于室温冷轧差别不大;轧制前处理为NA1D时,液氮冷轧相比室温冷轧,合金的硬度有所提升,提升后的硬度和强度与室温冷轧的前处理NA1D的L2合金相近,但是这种工艺既增加了轧制的工序又增加了添加Ti的成本,显然没有必要,所以,对于这种变形时效工艺而言,室温冷轧的效果比液氮冷轧效果好,所以没有必要选择工艺更加复杂的液氮冷轧。(3)随着变形量的增加,冷轧Al-Mg-Si-Cu合金的硬度会逐渐增加,后续时效过程中形变合金均能进一步强化但时效硬化能力逐渐下降。随着变形量的增大,合金的强度会逐渐增加,延伸率会先下降再上升。即使变形量很大时,强度显著提升的Al-Mg-Si-Cu合金仍具有很好的延伸率。(4)变形量对合金的微观组织有显著的影响,晶粒沿着轧制方向逐渐被显著拉长为层状结构,晶粒内部发生破碎的现象,并且形成大量亚晶界等缺陷。变形量比较小的时候,合金内位错密度随着形变量的增加而增加;变形量比较大的时候,位错会发生缠结甚至形成亚晶。形变导致的位错组态变化显著影响合金的析出特性,通过调整形变量和时效工艺有助于制备强度和塑性良好结合的铝合金。
【关键词】：Al-Mg-Si-Cu合金 变形 时效 轧制 位错 析出
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG339;TG166.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-28
• 1.1 6xxx系铝合金简介15-20
• 1.1.1 铝合金的分类15-16
• 1.1.2 6xxx系Al-Mg-Si(Cu)合金概述16
• 1.1.3 6xxx系铝合金的应用与研究现状16-20
• 1.2 Al-Mg-Si-Cu合金的强化机制20-22
• 1.2.1 固溶强化20
• 1.2.2 细晶强化20
• 1.2.3 位错强化20
• 1.2.4 析出强化20-22
• 1.3 Al-Mg-Si-Cu合金的析出序列与析出相22-24
• 1.3.1 不含Cu的Al-Mg-Si合金22-23
• 1.3.2 含Cu的Al-Mg-Si合金23-24
• 1.4 制备高强铝合金的方法24-26
• 1.4.1 调控合金元素24-25
• 1.4.2 调控热加工工艺25-26
• 1.5 本论文的研究目的和主要内容26-28
• 第2章 实验方法28-34
• 2.1 实验材料28
• 2.2 实验设备仪器28-34
• 2.2.1 显微硬度测试29
• 2.2.2 拉伸测试仪29-30
• 2.2.3 差示扫描量热仪30
• 2.2.4 扫描电子显微镜30-32
• 2.2.5 透射电子显微镜32-34
• 第3章 初始晶粒大小对变形时效结合制备的Al-Mg-Si-Cu合金的影响34-40
• 3.1 引言34
• 3.2 实验热加工和热处理过程34-35
• 3.3 初始晶粒大小35-36
• 3.4 传统T6处理Al-Mg-Si-Cu合金的力学性能36-37
• 3.4.1 时效硬化曲线36
• 3.4.2 拉伸性能36-37
• 3.5 新工艺Al-Mg-Si-Cu合金的力学性能37-38
• 3.5.1 时效硬化曲线37-38
• 3.5.2 拉伸性能38
• 3.6 分析讨论38-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第4章 轧制温度对变形时效结合制备的Al-Mg-Si-Cu合金的影响40-46
• 4.1 前言40
• 4.2 实验过程40-41
• 4.3 力学性能41-45
• 4.3.1 L1合金两种热处理工艺得到的力学性能41-42
• 4.3.2 L2合金两种热处理工艺得到的力学性能42-44
• 4.3.3 L3合金两种热处理工艺得到的力学性能44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 变形量对变形时效结合制备的Al-Mg-Si-Cu合金的影响46-65
• 5.1 引言46-47
• 5.2 实验过程47
• 5.3 预变形对前处理为NA1D的L1合金时效硬化特性和显微结构的影响47-53
• 5.3.1 时效硬化特性47-48
• 5.3.2 拉伸性能48-49
• 5.3.3 晶粒结构49
• 5.3.4 亚晶结构和析出相49-51
• 5.3.5 分析讨论51-53
• 5.4 预变形对前处理为NA1D的L2合金时效硬化特性和显微结构的影响53-58
• 5.4.1 时效硬化特性53-54
• 5.4.2 拉伸性能54
• 5.4.3 晶粒结构54-55
• 5.4.4 亚晶结构和析出相55-57
• 5.4.5 DSC测试结果57-58
• 5.5 预变形对前处理为 180℃×10min的L2合金时效硬化特性和显微结构的影响58-63
• 5.5.1 时效硬化特性58-59
• 5.5.2 拉伸性能59
• 5.5.3 晶粒结构59-60
• 5.5.4 亚晶结构和析出相60-62
• 5.5.5 分析讨论62-63
• 5.6 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-74
• 致谢74-75
• 附录A(攻读学位期间所发表的学术论文)75

【参考文献】

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本文编号：1013629