热冲压钢Al-Si镀层形貌动态演化及形变开裂特征

发布时间：2021-11-25 02:31

　　对热冲压钢Al-Si镀层在加热和高温拉伸阶段的表面形貌动态演化过程进行了观测,分析了形变条件下Al-Si镀层的裂纹形貌与开裂特征。结果表明,在奥氏体化加热过程中,不同熔点的合金相在镀层内逐步形成,使镀层经历了从固态到液态最终再到固态的转变过程,并导致镀层表面形貌的改变。加热后的Al-Si镀层内以Fe2Al5相为主,导致镀层表现为整体脆性,其开裂行为对拉伸变形极其敏感。在形变过程中,镀层内产生多条垂直于拉伸方向的裂纹,且裂纹宽度随应变量的增加持续增大,最终产生的界面裂纹导致镀层与基体的剥离。 

【文章来源】：塑性工程学报. 2020,27(09)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

Al-Si镀层表面形貌动态观测

在初始态的镀层中可以观察到热浸镀过程产生的表面纹理(图2a)。随温度升高至Al-Si共晶的熔点以上，液相的出现导致镀层表面纹理消失(图2b)。Al-Si共晶向液相的转变较为迅速，在6 s内即完全熔化。由于表面张力的作用，镀层呈现出平整且光滑的形貌(图2c)。镀层的光滑表面形貌维持约24 s后，在875℃时镀层表面开始凝固(图2d)，表明高熔点相Fe2Al5或Fe Al已经形成。随着加热时间的延长，高熔点相逐渐增多，镀层的逐步凝固导致表面平整形貌消失，呈现出图2e所示的沟壑状，此时镀层主要由固态的Fe2Al5相、Fe Al相和溶解有Fe和Si的液态Al组成。随着Fe元素进一步向镀层内扩散，液相继续向固态Fe2Al5相转变，沟壑状逐渐消失(图2f)。在260 s时，镀层呈现出较为均匀的表面形貌(图2g)，表明此时镀层全部转变为固相。在随后进一步的保温过程中，仅发生元素的固相扩散，导致更多Fe Al相的形成，但镀层表面形貌不再发生明显变化(图2h)。2.2 形变条件下Al-Si镀层的开裂特征

图5所示为断裂试样不同位置的Al-Si镀层截面裂纹形貌和断口形貌。经过奥氏体化加热过程后，镀层包括扩散层和金属间化合物层两层结构。扩散层厚度较薄，成分为固溶有Al元素的α-Fe相。金属间化合物层则以Fe2Al5相为主，少量岛状Fe Al相分布其中(图5a)。而Fe2Al5为高脆性相，使得镀层表现为整体脆性，其断口形貌为典型的脆性断裂(图5d)。正是由于Al-Si镀层的整体脆性，导致其开裂行为对拉伸应变极为敏感，少量的拉伸变形即可导致镀层内裂纹的产生及扩展，裂纹宽度随应变量的增加持续增大。在拉伸应变足够大时，会产生沿镀层/基体界面扩展的界面裂纹，导致镀层与基体的剥离(图5b和图5c)。图4 断裂试样的表面二维形貌和不同区域开裂镀层的三维形貌

【参考文献】：
期刊论文
[1]热冲压生产中的长周期智能控制[J]. 王梁,苏志同,安兴运,张宜生,王义林,朱彬.  锻压技术. 2020(07)
[2]Al-Si镀层硼钢板热冲压模具磨损失效分析[J]. 吴斌斌,林建平,马治军,刘亿,郭水军.  锻压技术. 2018(01)



本文编号：3517234