大塑性变形（SPD）超细晶6013铝合金后时效特性及其微观结构表征

发布时间：2017-12-18 10:24

  本文关键词：大塑性变形（SPD）超细晶6013铝合金后时效特性及其微观结构表征

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【摘要】：近年来,随着中国工业化的发展,交通、电子信息等行业对于铝合金材料的需求呈上升的趋势。其中,汽车轻量化是铝合金在工业生产上最为广泛的应用。另外,研究高强度高韧性的铝合金新材料,以满足航空航天、兵器等军事工业的需要也是铝合金未来发展的主要方向。大塑性变形(SPD)技术中的等通道转角挤压技术(ECAP)可以有效地制备超细晶材料,进而显著地提高6000系铝合金的力学性能,被认为是制备块状超细晶材料极具前景的方法。但是仅通过SPD技术并不能完全发挥6000系铝合金的强化潜力,因此,将SPD技术与时效处理相结合,进一步研究ECAP后时效处理对6000系铝合金性能的影响具有十分重要的意义。本文以6013(Al-Mg-Si-Cu)铝合金为研究对象,对不同室温ECAP道次的试样进行后时效处理,并选用显微硬度实验、拉伸实验和电导率实验来表征其性能。并通过差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析6013铝合金经ECAP后时效处理后材料的微观结构变化,探讨微观结构对性能的影响,并进一步对其强韧化机制变化作出预测。所得结果总结如下:(1)DSC分析表明,室温一道次ECAP试样在110℃下进行后时效时,析出相主要为GP区,在191℃下时效时,有β″相出现。室温二道次试样在两种温度下进行后时效时,析出相主要为大量的GP区和少量的β″相,室温三道次试样在两种温度的后时效过程中,析出相主要为大量的GP区和β″相以及少量的β′相。(2)XRD实验结果证实,ECAP道次的增加提高了材料在后时效过程中析出相出现的速度和数量。同道次条件下,后时效温度的提高会加速析出相出现的产生。同时效时间条件下,随ECAP道次的增加,同道次材料在不同时效温度下晶粒尺寸差距逐渐降低。高温时效在加速应变降低的同时也在加剧应变降低的程度。(3)在同道次ECAP试样的后时效处理过程中,在时效初期,高温后时效处理总是比低温后时效处理更快地使材料的晶粒粗化,位错密度降低。从总体时效过程来看,高温时效会使材料的位错密度显著低于低温时效材料的位错密度。随着ECAP道次的增加,位错密度降低的速率也在加快。在ECAP后的材料中,位错比晶粒尺寸对温度的敏感性更高。(4)由TEM分析可知,经ECAP处理后,材料中晶粒明显细化,且分布并不均匀。ECAP后时效处理,材料中存在层错及位错胞结构。短时低温/高温时效并不能使位错结构大量消失。(5)6013铝合金经时效处理后,内部存在β″相、L相和Q′相,占据主导地位的为β″相。ECAP后时效试样中,析出相和位错的交互作用一直存在,且对材料的强化起到了至关重要的作用。(6)由显微硬度实验可知室温一、二、三道次ECAP试样后时效峰值条件分别为110℃下30 min、10 min、1 min,峰值硬度分别为169.5 HV、176.4HV、175.7 HV。室温二道次ECAP试样后时效处理得到的硬度最高,较原始态提高了8.9 HV。材料变形程度的加深可以缩短材料达到峰值硬度的时间。(7)拉伸实验结果表明,后时效处理导致材料的塑韧性均有不同程度的提升。其中以室温二道次ECAP试样在110℃下时效1 min时伸长率为最,高达37.4%。二道次材料的塑韧性普遍高于一道次材料的塑韧性,晶粒尺寸对于超细晶材料的塑韧性影响更大。(8)导电率实验结果显示,当室温二道次试样在191℃下时效2 h时导电率最高,为41.8%IACS,较原始态提高了11.7%IACS。对于由大塑性变形获得的超细晶材料而言,在时效初期,材料内部的高密度位错和晶格畸变会引发析出相的快速出现,导致材料的导电率出现阶段性降低。总体而言,随时效温度提高和时效时间延长,材料的导电率呈上升趋势。(9)随着ECAP道次的增加,位错强化在提高材料强度、硬度上的作用越加明显,室温二道次ECAP试样的抗拉强度可以达到518 MPa。在整个时效过程中,析出相强化对强度的提高则逐渐不足以弥补细晶强化和位错强化的缺失。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG379;TG166.3

【参考文献】

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本文编号：1303828