电-热-力耦合场下Al-Mg-Si合金的组织演变及强韧化机理研究
发布时间：2021-10-08 20:47
铝合金因具有优良的导电性,导热性、优异的强度和塑性、良好的可焊性,易加工性和耐蚀性等优点,在航空航天、轨道交通和汽车制造等领域有十分广阔的应用前景。随着工业技术的不断发展,对铝合金的加工及制备工艺提出了流程更短、效率更高、力学性能更优的要求。传统的热处理工艺虽然具有成熟的工艺体系,也能较好地提高铝合金的力学性能,但存在工艺周期长等问题,在生产效率方面存在着严峻的考验。对于材料而言,其性能主要取决于组织结构,铝合金的组织结构对温度的敏感性非常高,传统技术在控制温度稳定性方面存在诸多难题。基于细晶强化和析出强化等两种主要的铝合金强化机制,形变热处理可作为一种成熟有效的强化方法。然而,由于铝合金层错能较高,对材料的热处理参数要求过于严苛。而一些新型的制备超细晶的方式,对于铝合金而言,在获得超细晶的同时,也会引入大量晶体缺陷,从而导致塑性下降,无法满足对其综合力学性能的要求。因此,一种新型高效的提高铝合金力学性能的方法的提出将是铝合金工业生产领域发展的必然选择。脉冲电流处理技术是一种在短时间内将高能量的电-热-力耦合场输入到材料中以显著改变材料的组织形貌和力学性能的技术。目前,该技术已在液态金...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
铝合金在汽车上的应用Fig1.1Applicationofaluminumalloyinautomobile
第一章绪论3随着能源安全，环境问题层出不穷，结合相关法规的要求，降低能耗，减少有害气体的排放已日益成为汽车工业亟需解决的核心问题。据研究表明，整车质量每减少10%，燃油利用效率可相应提高6%-8%，CO2排放量可相应降低4%[2]。目前，车身轻量化的主要方法为采用铝合金，镁合金，复合材料等和优化车身设计。与传统钢材材料相比，铝合金具有密度低而比强度高，耐腐蚀，易成型，可回收等优点，成为汽车轻量化进程中开发最早，最成熟的汽车材料，目前在汽车制造领域中铝合金用量仅次于钢材和铸铁，位居第三。图1.21975-2015年北美乘用车用铝情况[3]Fig1.2AluminumforpassengervehiclesinNorthAmericafrom1975to2015[3]铝合金在汽车各个零部件上有大范围的应用，如图1.1所示。近几十年以来，铝合金在汽车上的应用仍呈一个逐渐增长的趋势。有研究表明，截止到2015年，北美乘用车平均汽车铝合金含量已达到397磅/辆[3]，如图1.2所示。由于铝合金的多种优势，各个汽车制造商都在通过提高铝合金的比例来达到汽车轻量化的目标。上汽集团自荣威950车型发动机罩盖内外板在国内率先实现铝化之后，君越、君威、GL8、迈瑞宝、新凯越等品牌车身均大量采用了铝合金覆盖件、铝合金骨架、铝合金保险杠防撞梁、镁合金压铸件及锻件等轻金属零部件，研发36种轻量化零部件用于新能源汽车，使其减重超过130kg。蔚来纯电动SUV-ES8车身采用7003铝合金材料制造，其底盘、悬挂、轮毂、刹车系统以及电池组外壳也都采用了铝合金材质，整体铝化率高
吉林大学博士学位论文4达96.4%，成为全球量产全铝车身中铝合金材料应用比例最高的车型，引领了全球汽车铝化率水平。苏州奥杰汽车技术股份有限公司推出了全铝客车车身、全铝轿车车身及全铝货箱和全铝电池框，如图1.3。按照加工类型进行分类，车身用铝合金主要为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金主要用于发动机缸体，离合器壳和一些支架类的零部件。此外，发动机缸体衬套采用铝基复合材料已成为可能[4]。变形铝合金主要用于制造冲压件和挤压件，冲压件主要用于车身内外板，以2000系铝合金，5000系铝合金和6000系铝合金为主，而5000系铝合金为不可热处理强化型铝合金，对于其力学性能提高工艺较为复杂，2000系铝合金在烘烤时会出现软化现象，可焊性和耐腐蚀性也不如6000系铝合金，相比而言，6000系铝合金可在烘烤后实现人工时效强化，故6000系铝合金得到更广泛的应用[5]。图1.3苏州奥杰全铝客车车身Fig1.3AllaluminumbusbodyofSuzhouAojiecompany1.2.3铝合金的国内外研究现状由于铝合金具有优异的成形性、可焊性、耐蚀性、优良的烘烤硬化性、耐高温性、较高的强塑性和疲劳强度，在近年来越来越多的得到关注，国内外研究学者也对其各种机械性能进行了广泛而细致的研究。1.2.3.1铝合金力学性能研究工业发展的不断进步对铝合金的力学性能提出了更高的要求，对此，国内外很多
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electron force-induced dislocations annihilation and regeneration of a superalloy through electrical in-situ transmission electron microscopy observations[J]. Xina Zhang,Hongwei Li,Mei Zhan,Zebang Zheng,Jia Gao,Guangda Shao. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[2]Uniform texture in Al-Zn-Mg alloys using a coupled force field of electron wind and external load[J]. Hexiong Zhang,Xinfang Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[3]脉冲磁致振荡凝固均质化技术及装备[J]. 仲红刚,刘海宁,徐智帅,龚永勇,李仁兴,翟启杰. 钢铁. 2019(08)
[4]铝合金选区激光熔化精密成形及其在航空领域的应用[J]. 甘武奎,彭金贵,李仕豪,夏文强,汪志太,徐志锋. 航空制造技术. 2019(16)
[5]轻量化铝合金板材的应用及研究[J]. 王洪玮,齐乐,纵荣荣,李乐乐. 机械工程与自动化. 2019(04)
[6]航空铝合金材料低温疲劳研究进展[J]. 刘牧东. 航空制造技术. 2019(15)
[7]Plastic anisotropy calculation of severely-deformed Al-Mg-Si alloy considering texture changes in electron backscatter diffraction[J]. I Putu Widiantara,Hae Woong Yang,Min Jun Kim,Young Gun Ko. Journal of Materials Science & Technology. 2019(07)
[8]Effect of electropulsing treatment on static recrystallization behavior of cold-rolled magnesium alloy ZK60 with different reductions[J]. Huijun Guo,Xun Zeng,Jianfeng Fan,Hua Zhang,Qiang Zhang,Weiguo Li,Hongbiao Dong,Bingshe Xu. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[9]多相强化型马氏体时效不锈钢中的合金元素偏聚效应[J]. 田家龙,李永灿,王威,严伟,单以银,姜周华,杨柯. 金属学报. 2016(12)
[10]AA6061铝合金冷轧过程中织构的演变与断裂机制[J]. 黄元春,颜徐宇,肖政兵,杜志勇,黄雨田,邱涛. 粉末冶金材料科学与工程. 2015(06)
博士论文
[1]铝合金电阻点焊组织性能与焊接过程数值模拟研究[D]. 吴赛楠.重庆大学 2017
[2]Al-Cu-Mg-（Ag）/Al-Zn-Mg-Cu-（Ag）合金的组织演变及强韧化研究[D]. 徐晓峰.吉林大学 2015
[3]脉冲电流处理碳钢组织细化、强化及逆相变机理研究[D]. 张家陶.吉林大学 2015
[4]电脉冲对2024铝合金力学性能及微观组织影响研究[D]. 武伟超.西北工业大学 2015
硕士论文
[1]Al4Sr细化及Sr+Bi变质结合T6处理对Mg2Si/Al复合材料组织及性能的影响[D]. 江文强.吉林大学 2019
[2]6061铝合金粉末压制机理研究[D]. 王斌.武汉理工大学 2018
[3]超细晶6061Al-Mg-Si铝合金的力学性能和摩擦磨损行为[D]. 韦江涛.江苏大学 2016
[4]脉冲电流处理对HRB400钢组织性能的影响[D]. 谭娟.吉林大学 2015
[5]脉冲电流下铝合金变形行为及其织构和微观结构演变研究[D]. 闫聪.华中科技大学 2015
[6]6061铝合金成分均匀化及表面TIG重熔处理研究[D]. 徐开升.吉林大学 2015
本文编号：3424930
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
铝合金在汽车上的应用Fig1.1Applicationofaluminumalloyinautomobile
第一章绪论3随着能源安全，环境问题层出不穷，结合相关法规的要求，降低能耗，减少有害气体的排放已日益成为汽车工业亟需解决的核心问题。据研究表明，整车质量每减少10%，燃油利用效率可相应提高6%-8%，CO2排放量可相应降低4%[2]。目前，车身轻量化的主要方法为采用铝合金，镁合金，复合材料等和优化车身设计。与传统钢材材料相比，铝合金具有密度低而比强度高，耐腐蚀，易成型，可回收等优点，成为汽车轻量化进程中开发最早，最成熟的汽车材料，目前在汽车制造领域中铝合金用量仅次于钢材和铸铁，位居第三。图1.21975-2015年北美乘用车用铝情况[3]Fig1.2AluminumforpassengervehiclesinNorthAmericafrom1975to2015[3]铝合金在汽车各个零部件上有大范围的应用，如图1.1所示。近几十年以来，铝合金在汽车上的应用仍呈一个逐渐增长的趋势。有研究表明，截止到2015年，北美乘用车平均汽车铝合金含量已达到397磅/辆[3]，如图1.2所示。由于铝合金的多种优势，各个汽车制造商都在通过提高铝合金的比例来达到汽车轻量化的目标。上汽集团自荣威950车型发动机罩盖内外板在国内率先实现铝化之后，君越、君威、GL8、迈瑞宝、新凯越等品牌车身均大量采用了铝合金覆盖件、铝合金骨架、铝合金保险杠防撞梁、镁合金压铸件及锻件等轻金属零部件，研发36种轻量化零部件用于新能源汽车，使其减重超过130kg。蔚来纯电动SUV-ES8车身采用7003铝合金材料制造，其底盘、悬挂、轮毂、刹车系统以及电池组外壳也都采用了铝合金材质，整体铝化率高
吉林大学博士学位论文4达96.4%，成为全球量产全铝车身中铝合金材料应用比例最高的车型，引领了全球汽车铝化率水平。苏州奥杰汽车技术股份有限公司推出了全铝客车车身、全铝轿车车身及全铝货箱和全铝电池框，如图1.3。按照加工类型进行分类，车身用铝合金主要为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金主要用于发动机缸体，离合器壳和一些支架类的零部件。此外，发动机缸体衬套采用铝基复合材料已成为可能[4]。变形铝合金主要用于制造冲压件和挤压件，冲压件主要用于车身内外板，以2000系铝合金，5000系铝合金和6000系铝合金为主，而5000系铝合金为不可热处理强化型铝合金，对于其力学性能提高工艺较为复杂，2000系铝合金在烘烤时会出现软化现象，可焊性和耐腐蚀性也不如6000系铝合金，相比而言，6000系铝合金可在烘烤后实现人工时效强化，故6000系铝合金得到更广泛的应用[5]。图1.3苏州奥杰全铝客车车身Fig1.3AllaluminumbusbodyofSuzhouAojiecompany1.2.3铝合金的国内外研究现状由于铝合金具有优异的成形性、可焊性、耐蚀性、优良的烘烤硬化性、耐高温性、较高的强塑性和疲劳强度，在近年来越来越多的得到关注，国内外研究学者也对其各种机械性能进行了广泛而细致的研究。1.2.3.1铝合金力学性能研究工业发展的不断进步对铝合金的力学性能提出了更高的要求，对此，国内外很多
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electron force-induced dislocations annihilation and regeneration of a superalloy through electrical in-situ transmission electron microscopy observations[J]. Xina Zhang,Hongwei Li,Mei Zhan,Zebang Zheng,Jia Gao,Guangda Shao. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[2]Uniform texture in Al-Zn-Mg alloys using a coupled force field of electron wind and external load[J]. Hexiong Zhang,Xinfang Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[3]脉冲磁致振荡凝固均质化技术及装备[J]. 仲红刚,刘海宁,徐智帅,龚永勇,李仁兴,翟启杰. 钢铁. 2019(08)
[4]铝合金选区激光熔化精密成形及其在航空领域的应用[J]. 甘武奎,彭金贵,李仕豪,夏文强,汪志太,徐志锋. 航空制造技术. 2019(16)
[5]轻量化铝合金板材的应用及研究[J]. 王洪玮,齐乐,纵荣荣,李乐乐. 机械工程与自动化. 2019(04)
[6]航空铝合金材料低温疲劳研究进展[J]. 刘牧东. 航空制造技术. 2019(15)
[7]Plastic anisotropy calculation of severely-deformed Al-Mg-Si alloy considering texture changes in electron backscatter diffraction[J]. I Putu Widiantara,Hae Woong Yang,Min Jun Kim,Young Gun Ko. Journal of Materials Science & Technology. 2019(07)
[8]Effect of electropulsing treatment on static recrystallization behavior of cold-rolled magnesium alloy ZK60 with different reductions[J]. Huijun Guo,Xun Zeng,Jianfeng Fan,Hua Zhang,Qiang Zhang,Weiguo Li,Hongbiao Dong,Bingshe Xu. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[9]多相强化型马氏体时效不锈钢中的合金元素偏聚效应[J]. 田家龙,李永灿,王威,严伟,单以银,姜周华,杨柯. 金属学报. 2016(12)
[10]AA6061铝合金冷轧过程中织构的演变与断裂机制[J]. 黄元春,颜徐宇,肖政兵,杜志勇,黄雨田,邱涛. 粉末冶金材料科学与工程. 2015(06)
博士论文
[1]铝合金电阻点焊组织性能与焊接过程数值模拟研究[D]. 吴赛楠.重庆大学 2017
[2]Al-Cu-Mg-（Ag）/Al-Zn-Mg-Cu-（Ag）合金的组织演变及强韧化研究[D]. 徐晓峰.吉林大学 2015
[3]脉冲电流处理碳钢组织细化、强化及逆相变机理研究[D]. 张家陶.吉林大学 2015
[4]电脉冲对2024铝合金力学性能及微观组织影响研究[D]. 武伟超.西北工业大学 2015
硕士论文
[1]Al4Sr细化及Sr+Bi变质结合T6处理对Mg2Si/Al复合材料组织及性能的影响[D]. 江文强.吉林大学 2019
[2]6061铝合金粉末压制机理研究[D]. 王斌.武汉理工大学 2018
[3]超细晶6061Al-Mg-Si铝合金的力学性能和摩擦磨损行为[D]. 韦江涛.江苏大学 2016
[4]脉冲电流处理对HRB400钢组织性能的影响[D]. 谭娟.吉林大学 2015
[5]脉冲电流下铝合金变形行为及其织构和微观结构演变研究[D]. 闫聪.华中科技大学 2015
[6]6061铝合金成分均匀化及表面TIG重熔处理研究[D]. 徐开升.吉林大学 2015
本文编号：3424930
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