6063铝合金热挤压工艺及其材料的组织与性能研究

发布时间：2020-08-26 19:13

【摘要】：温室效应与能源紧张已成为全世界范围亟待解决的问题。在汽车工业中,使用铝合金代替钢铁材料、减轻汽车重量是实现节能减排的重要手段。6063铝合金属于可热处理强化的变形铝合金,具有密度低、比强度高、挤压成形性优良及耐腐蚀性能良好等优点,广泛应用于各种汽车零部件的生产制造。热挤压技术是汽车用铝合金型材常用的生产工艺之一。为了提高6063铝合金型材的力学性能和企业的生产效率,本文对该合金在大挤压比和较高挤压速度下的组织演变和力学性能进行了研究。首先,分析了6063铝合金铸锭的显微组织特征,确定了该合金适宜的均匀化处理制度。其次,通过热压缩模拟实验,研究了6063铝合金在不同条件下的热变形行为,构建热加工图,探索合金适宜的热加工工艺。之后,通过热挤压试验研究了挤压比(尤其是大挤压比)及挤压速度对6063铝合金组织和性能的影响。最后,选取最佳性能的挤压棒材进行热处理,分析了时效时间对合金组织和性能的影响。热压缩试验表明,6063铝合金在热变形过程中,流变应力受到应变量、变形温度及应变速率的影响。在变形初始阶段,随着应变量增大,流变应力急剧升高,随后表现为两种变化趋势:当应变速率为1-10 s~(-1)时,流变应力随着应变量增加变化不大,呈现出稳态流变特征;当应变速率为20 s~(-1)时,流变应力到达峰值后逐渐下降。构建了6063合金热加工图,发现加工失稳区域随着应变量增大而扩大,向高温高应变速率区域扩展。观察显微组织,发现合金在加工失稳区容易发生局部流变和剪切变形,而在安全加工区域组织较为均匀。合金在高温低应变速率条件下发生动态再结晶。结合热加工图及显微组织分析,获得合金适宜的热加工温度为460-490℃,应变速率为2-6.3 s~(-1)。合金在热压缩变形过程中满足Arrhenius型本构方程,合金变形热激活能为161.51 kJ/mol,流变应力本构方程为:热挤压实验表明,6063铝合金在大挤压比和高速挤压下均可获得表面质量优良的挤压棒材。合金在热挤压过程中发生动态再结晶。晶粒随着挤压比的增大不断细化,组织由沿着挤压方向拉长的晶粒转变为完全由等轴再结晶晶粒组成。由于细晶强化的作用,合金力学性能随着挤压比的增大而提高。当挤压比为156时,合金抗拉强度和伸长率达到最大值,分别为239 MPa和27.4%。挤压材的拉伸断口由大量等轴韧窝组成,断裂机制为韧性断裂。随着挤压速度的增大,合金晶粒尺寸增大,力学性能有所降低。合金经过挤压后具有明显的择优取向,随着挤压比增大,织构向100丝织构转变,且织构强度增大。挤压速度对合金织构的变化影响不大。热处理实验表明,6063铝合金经过固溶处理及人工时效处理后,晶粒均发生长大。经过530℃50 min固溶处理后,合金内细小的沉淀相溶解于基体中,只存在少量粗大的杂质相,抗拉强度和伸长率得到明显提高,分别为264 MPa和30.3%。在后续170℃人工时效时,针状细小的?"相重新从基体中析出,并随着时效时间延长而逐渐向?'相和?(Mg_2Si)转变。显微硬度值随着时效时间的延长对应的时效曲线呈现明显的“双峰”特征,分别在6 h和15 h达到时效峰值,硬度值分别为87.2 HV和94.9 HV,抗拉强度分别为301 MPa和339 MPa,而伸长率有所下降,分别为16.7%和16.4%。合金固溶态拉伸断裂方式为典型的韧性断裂,而时效态断裂机制主要为脆性断裂,伴随局部塑性断裂。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21;TG379
【图文】：

曲线,热压缩,流变应力,合金

华南理工大学硕士学位论文别对应于两种软化机制。动态回复对应的应力应变曲线如图 1-1(a)所示，后随着应变量的增加趋于稳定。动态再结晶对应的应力应变曲线如图 1-1应力达到峰值后随着应变量增加而逐渐下降。合金发生动态回复与动态再相对应的组织特征决定了材料的热加工性能。

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形技术技术是指将坯料放入指定模具内，在挤压机提供的强大模具中挤出，获得具有所需形状、尺寸及力学性能中金属材料正挤压示意图如图 1-2 所示[38]。挤压过，使得金属能够尽可能发挥其塑性。挤压工艺有操、尺寸精度高等优点，从而成为汽车用铝型材常用的压材的需求不断增大，对于汽车铝型材挤压工艺的，世界各国相继开发了静液挤压、等温挤压、复合现代挤压技术水平的衡量标准之一，高速挤压已成的主要目标[39]。

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第一章绪论1 6000 系铝挤压型材在汽车领域的应用000 系铝合金在汽车领域广泛应用于汽车车身框架、车轮、电机壳、油箱、保险汽车零部件的生产[40]。采用热处理后的 6000 系铝合金生产汽车车身框架，可足使用条件，如 Audi A8 的车身框架就是应用此系列合金生产制造而成的。日系列合金生产散热器，美国采用 6061 铝合金生产汽车车轮，大大减轻了车轮6082 铝合金可用于生产汽车控制臂、行李架、法兰罩等零件[42]。除此之外，系铝合金中添加微粒、陶瓷纤维等制备复合材料可用于生产汽车发动机零件、活摩擦件等。图 1-3 为某铝加工企业采用 6000 系铝合金挤压制备的汽车用零部件

【参考文献】