合金元素与热处理工艺对6000系高强高塑铝合金组织性能的调控

发布时间：2020-07-18 19:09

【摘要】：高强高塑的6000系铝合金是金属材料领域的一个重要研究课题,在汽车轻量化和航空领域有着不可替代的作用,本文采用自行制备的9种不同成分的6000铝合金锻压材和3种不同成分的铝合金热压材,通过显微组织分析、拉伸性能测试、腐蚀实验、XRD分析、EBSD分析以及电导率测试等手段分别研究了Mg、Cu、Mn含量以及Mg/Si相同时,Mg、Si、Cu三种主要合金元素的增加对6000系铝合金组织性能的影响,同时研究了固溶时效制度对9种铝合金锻压材组织性能的影响,主要得到以下结论:(1)研究了Mg元素在0.941%-1.16%这个区间内时,Mg元素含量和固溶时效工艺对铝合金锻压材Al-xMg-0.95Si-1.02Cu-0.33Mn-0.015Sr-0.21Zr组织性能的影响,结果表明:三种合金成分在此范围内时,合金的峰值时效强度均大于405MPa且延伸率在10%以上,拉伸性能十分优秀,Mg含量增加对合金的晶粒尺寸、抗拉强度、延伸率和抗剥落腐蚀性能影响不大;会使合金的电导率、抗晶间腐蚀能力下降;使合金的硬度上升。使三种合金获得最佳力学性能的最佳固溶温度均为540℃,最佳时效温度在180℃-190℃之间且应随着Mg含量的增加选择更高的时效温度,最佳时效时间为4h。其中合金锻压材Al-0.94Mg-0.95Si-1.02Cu-0.33Mn-0.023Sr-0.21Zr的力学性能最佳其峰值时效强度达到422.27Mpa延伸率为11.16%。(2)研究了Cu元素在1.0%-1.25%这个区间内时,Cu元素含量和固溶时效工艺对铝合金锻压材Al-0.98Mg-1Si-xCu-0.335Mn-0.2Zr-0.015Sr组织性能的影响,结果表明:合金成分在此范围内时,合金的峰值时效强度均大于410MPa且延伸率在10%以上,拉伸性能十分优秀,Cu含量增加对合金的抗剥落腐蚀性能影响不大;使合金的延伸率、电导率、抗晶间腐蚀性能下降;使合金的晶粒尺寸、抗拉强度、硬度和过烧敏感性上升。使两种合金获得最佳力学性能的最佳固溶温度均为540℃,最佳时效温度在180℃-190℃之间且应随着Cu含量的增加选择更低的时效温度,最佳时效时间在4h-6h之间且应随着Cu含量的增加选择更低的时效温时间。其中合金锻压材Al-0.97Mg-0.99Si-1.25Cu-0.33Mn-0.014Sr-0.21Zr的力学性能最佳其峰值时效强度达到431.23Mpa延伸率为13.56%。(3)研究了在Mg/Si相同时,Mg、Si、Cu三种主要合金元素的增加对Al-xMg-ySi-zCu-0.335Mn-0.2Zr-0.020Sr组织性能的影响,结果表明:合金成分在此范围内时,合金的峰值时效强度均大于410MPa且延伸率在10%以上,拉伸性能十分优秀,主要合金元素的增加对合金的晶粒尺寸、抗剥落腐蚀能力影响不大;使合金的延伸率、电导率、抗晶间腐蚀能力下降;使合金的硬度上升。合金强度并不会随着主要合金元素的增加单调上升,当合金中Mg含量大1.24%、Si含量大于1.25%、Cu含量大于1.03%时继续加入这三种元素反而会使合金抗拉强度降低。四种合金获得最佳力学性能的最佳固溶温度均为540℃,最佳时效温度在180℃-190℃之间且应随着三种主要合金元素含量的增加选择更低的时效温度,最佳时效时间在4h-8h之间且应随着三种主要合金元素含量的增加选择更低的时效时间。其中合金锻压材Al-1.24Mg-1.26Si-1.03Cu-0.33Mn-0.020Sr-0.20Zr的力学性能最佳其峰值时效强度达到425.05MPa延伸率为10.76%。(4)研究了Mn元素在0%-1.061%这个区间内时,Mn元素含量对铝合金热压材Al-0.91Mg-0.81Si-1.02Cu-xMn-0.2Zr-0.02Sr组织性能的影响,结果表明:Mn元素的增加能显著细化合金晶粒同时会使得合金晶粒的等轴度下降,但在Mn元素含量大于0.7%后继续加入Mn元素对合金晶粒尺寸的影响不大。同时Mn元素的增加会明显降低合金的抗拉强度。Mn元素的增加对合金的抗剥落腐蚀能力影响不大,但是会大幅提高合金的抗晶间腐蚀能力,综合考虑Mn元素对合金抗拉性能、晶粒尺寸和抗腐蚀性能的影响,为了细化6000系铝合金晶粒,在合金中加入0.7%左右的Mn元素较为合理。本文研究了Mg含量、Cu含量、Mn含量、Mg/Si相同时Mg、Si、Cu三种主要合金元素的总含量以及热处理工艺对6000系铝合金组织性能的影响,为新型6000系铝合金的开发提供了理论依据。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG166.3;TG146.21
【图文】：

示意图,实验流程,示意图,实验方案

合金元素与热处理工艺对 6000 系高强高塑铝合金组织性能的调控第二章合金制备与实验检测方法2.1 实验方案实验合金采用常规熔铸工艺制备。为了研究合金元素和固溶时效制度对 6000 系铝合金组织和性能的影响，拟定了一整套实验方案，具体实验流程如图 2-1 所示。合金成分优化设计

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图 2.2 熔炼方法及部分铸锭照片Fig 2.2 Smelting method and partial ingot photos行熔炼的合金的成分使用德国 SPECTRO 分光仪进行测量，合金的真实成分数据-2 中列出，合金实际成分基本与设计成分相当。表 2-2 铝合金实际测量成分（质量分数/%）Table 2-2 Actual measurement components of aluminum alloy (mass fraction/%)Mg Si Cu Mn Sr Zr Al# 0.941 0.951 1.02 0.334 0.023 0.213 Bal# 1.04 0.938 1.02 0.336 0.006 0.206 Bal# 1.16 0.971 1.04 0.328 0.011 0.224 Bal# 0.996 1.057 1.00 0.335 0.017 0.206 Bal# 0.966 0.987 1.25 0.334 0.014 0.207 Bal# 1.13 1.11 1.00 0.335 0.018 0.219 Bal

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江苏大学专业硕士学位论文锻压加工、热压加工9 号合金进行锻压加工，具体锻压工艺为：先将合金铸锭放入箱式炉加热到，待合金热透后取出并放在液压机上进行压缩变形并锻压成如图 2.3（a）变形量控制在 150%左右。-13 号合金进行热压加工，具体热压工艺为：将合金铸锭放入箱式炉加热到，待合金热透后取出并放在压力机上进行一次径相加压，将合金压成 2.3，变形量控制在 62.5%左右(a) (b)

【参考文献】