铸轧速度及Mn/Fe比对6061铝合金铸轧板组织演变的影响研究
发布时间：2021-08-10 01:45
6061铝合金因其质量轻、比强度高、且具有较好的成形性与焊接性能而在汽车、船舶等机械制造业中广泛应用。微合金化是目前改善铝合金结构材料与综合力学性能最为高效的方法之一,近年来一直备受关注。与常规成形方式相比,立式双辊铸轧工艺以其流程短、成品率高、高效节能等优势也必将成为一种极具潜力的制备工艺。本实验利用NF6-300立式双辊薄带铸轧机成功制备了3.50 mm厚6061铝合金铸轧板,通过控制铸轧速度、Mn/Fe质量比及热处理工艺研究6061铝合金铸轧板微观组织演变及力学性能之间的变化规律。通过以上研究表明:（1）铸轧速度对6061铸轧板成形性、微观组织及力学性能有着重要的影响。当铸轧速度为12 m/min或15 m/min时,晶粒尺寸较小,第二相粒子相对细小且均匀分布在晶界间;当铸轧速度为21 m/min时,中心偏析情况愈加严重,部分α-Fe相、Mg2Si相等发生局部聚集,对板材整体性能的提高有着很大影响;当铸轧速度为15 m/min时,6061铸轧板力学性能最佳,此时抗拉强度、硬度与伸长率分别为187.92 MPa、72.33 HV0.1与16.87%。（2）Mn/Fe质量比对6061...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轻量化解决策略Fig.1.1Strategyoflightweight
力来提高合金的强塑性[8]。中南大学张新明等人[9]通过对（ω（Fe）=0.15%）6061铝合金中添加不同含量Mn元素后发现，在热处理过程中富锰相弥散分布在基体之中明显抑制合金的再结晶过程，但富锰相的析出会使其强化相Mg2Si含量下降，当Mn含量为0.20wt.%时，此时合金力学性能最佳。申华等人[10]通过在水冷铜模铸造6061铝合金过程中进行微合金化处理之后发现，Mn、Zr的复合添加使晶粒细化明显，性能得到明显改善。在6061铝合金中，Mn元素最大固溶度为1.82%，为获得组织与性能良好的铝合金材料，必须严格控制其添加成分的范围。图1.2晶格类型转变示意图[11]Fig.1.2SchematicdiagramoflatticetypetransitionFe在6000系铝合金材料中属于主要杂质元素，凝固过程中主要以单斜相β-FeSiAl5、面心立方相FeAl3等十多种化合物形式存在。当合金中ω（Fe）＞ω（Si）时易形成α-Fe2SiAl8（或α-Fe3SiAl12）；当ω（Fe）＜ω（Si）时易形成β-FeSiAl5（或β-Fe2Si2Al9）相。综上所述，当合金中Fe、Si元素比例控制不当时会不断析出针状β-Fe相，由于其特殊形貌易导致应力集中从而引起合金铸件裂纹的产生，所以控制好6000系铝合金中Fe元素含量及其组织形貌分布具有十分重要的研究意义。1.2.3合金元素Cu、ZnCu作为6000系铝合金中主要元素之一，其含量不仅会延缓自然时效的发生，还会改变合金固溶时效析出序列。Cu元素的添加在一定程度上会明显促进峰值时效相β″的形成，使β″相密度显著增加，同时θ-Al2Cu相与S（Al2CuMg）相的析出
辽宁科技大学硕士学位论文51.3.1铝合金挤压工艺所谓挤压如图1.3所示对放在挤压筒内的铝合金坯料一端施以压力，使之从特定的模孔中流出而成形的塑性加工方法。采用传统塑性挤压加工方式生产出的挤压板材，具有表面质量好、尺寸精度高等优点[24]。相比于传统挤压技术，旋转摩擦挤压、等通道转角挤压、复合挤压、半固态挤压等新技术层出不穷。图1.3铝合金挤压过程示意图Fig.1.3Schematicdiagramofaluminumalloyextrusionprocess挤压型材与其他加工方式型材相比具有明显的优点就是制品综合质量高（挤压制品在淬火时效后纵向力学性能远高于其他方式生产产品）、产品范围广（管、棒、线材）。在挤压过程中析出相分布、挤压工艺（温度与速度）和挤压横截面上摩擦阻力都会严重影响合金的剪切变形，从而加剧挤压型材组织不均匀性。某些铝合金也在挤压过程和随后热处理工艺过程中也会出现一定厚度的粗晶环组织，目前主要通过控制合金中Mn、Si含量来减少粗大晶粒的产生[25]。起华荣等人[26]利用双向等通道挤压技术产生的剧烈塑性变形可达到细化晶粒作用，从而改善6061铝合金加工性能。Skorpen等人[27]通过螺杆挤压法制备Al/Mg双金属复合材料时发现，复合材料中主要由细小晶粒组成，当复合材料中Mg含量达到12.50wt.%时还能具备良好的综合性能。目前最新的挤压制备工艺是由Whalen等人[28]研发的一种先进的挤压制造工艺，利用美国太平洋西北国家实验室中的剪切辅助加工和挤出技术（ShAPE）（图1.4）可生产出高性能纳米结构铝棒。与传统挤压方式相比，具有等强度的同时更具备较高的延展性。
本文编号：3333204
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轻量化解决策略Fig.1.1Strategyoflightweight
力来提高合金的强塑性[8]。中南大学张新明等人[9]通过对（ω（Fe）=0.15%）6061铝合金中添加不同含量Mn元素后发现，在热处理过程中富锰相弥散分布在基体之中明显抑制合金的再结晶过程，但富锰相的析出会使其强化相Mg2Si含量下降，当Mn含量为0.20wt.%时，此时合金力学性能最佳。申华等人[10]通过在水冷铜模铸造6061铝合金过程中进行微合金化处理之后发现，Mn、Zr的复合添加使晶粒细化明显，性能得到明显改善。在6061铝合金中，Mn元素最大固溶度为1.82%，为获得组织与性能良好的铝合金材料，必须严格控制其添加成分的范围。图1.2晶格类型转变示意图[11]Fig.1.2SchematicdiagramoflatticetypetransitionFe在6000系铝合金材料中属于主要杂质元素，凝固过程中主要以单斜相β-FeSiAl5、面心立方相FeAl3等十多种化合物形式存在。当合金中ω（Fe）＞ω（Si）时易形成α-Fe2SiAl8（或α-Fe3SiAl12）；当ω（Fe）＜ω（Si）时易形成β-FeSiAl5（或β-Fe2Si2Al9）相。综上所述，当合金中Fe、Si元素比例控制不当时会不断析出针状β-Fe相，由于其特殊形貌易导致应力集中从而引起合金铸件裂纹的产生，所以控制好6000系铝合金中Fe元素含量及其组织形貌分布具有十分重要的研究意义。1.2.3合金元素Cu、ZnCu作为6000系铝合金中主要元素之一，其含量不仅会延缓自然时效的发生，还会改变合金固溶时效析出序列。Cu元素的添加在一定程度上会明显促进峰值时效相β″的形成，使β″相密度显著增加，同时θ-Al2Cu相与S（Al2CuMg）相的析出
辽宁科技大学硕士学位论文51.3.1铝合金挤压工艺所谓挤压如图1.3所示对放在挤压筒内的铝合金坯料一端施以压力，使之从特定的模孔中流出而成形的塑性加工方法。采用传统塑性挤压加工方式生产出的挤压板材，具有表面质量好、尺寸精度高等优点[24]。相比于传统挤压技术，旋转摩擦挤压、等通道转角挤压、复合挤压、半固态挤压等新技术层出不穷。图1.3铝合金挤压过程示意图Fig.1.3Schematicdiagramofaluminumalloyextrusionprocess挤压型材与其他加工方式型材相比具有明显的优点就是制品综合质量高（挤压制品在淬火时效后纵向力学性能远高于其他方式生产产品）、产品范围广（管、棒、线材）。在挤压过程中析出相分布、挤压工艺（温度与速度）和挤压横截面上摩擦阻力都会严重影响合金的剪切变形，从而加剧挤压型材组织不均匀性。某些铝合金也在挤压过程和随后热处理工艺过程中也会出现一定厚度的粗晶环组织，目前主要通过控制合金中Mn、Si含量来减少粗大晶粒的产生[25]。起华荣等人[26]利用双向等通道挤压技术产生的剧烈塑性变形可达到细化晶粒作用，从而改善6061铝合金加工性能。Skorpen等人[27]通过螺杆挤压法制备Al/Mg双金属复合材料时发现，复合材料中主要由细小晶粒组成，当复合材料中Mg含量达到12.50wt.%时还能具备良好的综合性能。目前最新的挤压制备工艺是由Whalen等人[28]研发的一种先进的挤压制造工艺，利用美国太平洋西北国家实验室中的剪切辅助加工和挤出技术（ShAPE）（图1.4）可生产出高性能纳米结构铝棒。与传统挤压方式相比，具有等强度的同时更具备较高的延展性。
本文编号：3333204
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