【摘要】：Al-Mg合金是不可熱處理強(qiáng)化合金,在Al-Mg合金的基礎(chǔ)上加入少量的Cu在模擬烤漆(在175℃等溫時(shí)效30min)過(guò)程中就有較為顯著的快速硬化現(xiàn)象,這一現(xiàn)象為Al-Mg-Cu合金應(yīng)用在汽車車身板材上提供了可能。本文在Al-Mg-Cu合金的基礎(chǔ)上添加微量的Si、Er、Zr,研究微合金元素對(duì)合金固溶后時(shí)效析出的影響,自然時(shí)效對(duì)后續(xù)人工時(shí)效的影響,以及冷變形和后續(xù)退火對(duì)合金力學(xué)性能和微觀組織的影響,得出以下結(jié)論:鑄態(tài)Al-Mg-Cu合金中的初生相主要為S相,微合金化Al-Mg-Cu合金Si含量過(guò)高后合金中形成Mg_2Si初生相,添加Er后合金中形成AlCuEr初生相。固溶后合金中的S相完全回溶到基體中,但是在Si含量較高(0.5wt.%Si)的合金中仍殘留有Mg_2Si相。AlCuEr相在固溶后仍殘留在合金基體中,但是其中的Cu含量相對(duì)鑄態(tài)合金有所下降,部分Cu回溶到了基體中。Al-Mg-Cu合金均表現(xiàn)出快速時(shí)效強(qiáng)化的特征,添加微量的Si(0.15wt.%)使得合金的強(qiáng)化效果顯著增加。時(shí)效處理后合金強(qiáng)度的快速增高是由于合金中形成Mg-Cu原子團(tuán)簇和S相。Si的添加之所以能夠大幅提高合金快速?gòu)?qiáng)化增量,因?yàn)镾i添加使得合金中的析出相明顯細(xì)化,使其數(shù)密度增加,因而表現(xiàn)出更高的強(qiáng)化作用。Si微合金化Al-Mg-Cu合金隨著Si含量的增加,合金的自然時(shí)效硬化速度越快,硬化水平越高。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的自然時(shí)效后人工時(shí)效前期的硬度值高于無(wú)自然時(shí)效合金,人工時(shí)效的峰值硬化水平低于無(wú)自然時(shí)效的合金。固溶態(tài)合金的強(qiáng)度較低,延伸率較高。由于固溶強(qiáng)化的作用,其強(qiáng)度隨Si、Mg含量的增加而增大。由于固溶時(shí)析出的Al_3(Er,Zr)的強(qiáng)化作用,復(fù)合添加Er、Zr的合金固溶態(tài)的屈服強(qiáng)度比未添加的合金高27MPa。時(shí)效后合金強(qiáng)度增高,Al-2Mg-0.8Cu合金175℃時(shí)效30min后屈服強(qiáng)度升高35MPa,添加0.15wt.%Si的合金屈服強(qiáng)度升高83MPa。雖然硬度上表現(xiàn)出添加Er的合金初期時(shí)效強(qiáng)化減弱,但175℃時(shí)效30min后屈服強(qiáng)度升高量也在80MPa左右,相比未添加Er、Zr合金并沒(méi)有明顯下降。由于冷作硬化的作用,冷軋后合金的強(qiáng)度隨變形量的增加而升高,其延伸率顯著下降。175℃退火30min后,由于析出相強(qiáng)化和回復(fù)的共同作用,合金的屈服強(qiáng)度稍有下降,抗拉強(qiáng)度明顯升高,延伸率大幅升高。隨退火時(shí)間的延長(zhǎng),由于析出相的粗化,合金的強(qiáng)度下降。40%變形量合金退火30min后具有最為優(yōu)異的性能,其強(qiáng)度和延伸率均較高。由于Mg對(duì)冷作硬化的作用,冷軋態(tài)合金的強(qiáng)度隨Mg含量的增加而增高。Si微合金化Al-2Mg-0.8Cu合金隨Si含量的增加,合金在175℃退火30min的屈服強(qiáng)度與冷軋態(tài)相比有一定的提升或持平,斷后伸長(zhǎng)率也有較大幅度的提高,并沒(méi)有出現(xiàn)像Al-3.5Mg-0.8Cu-0.15Si合金冷變形再退火后屈服強(qiáng)度大幅度的下降的現(xiàn)象,可推斷出Si有顯著提升沉淀強(qiáng)化作用從而彌補(bǔ)了低溫回復(fù)造成的屈服強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。Er、Zr復(fù)合微合金化能顯著提高合金的強(qiáng)度,尤其是在大(80%)變形量下175℃退火30min后合金的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率都得到較大幅度的提升,從而可獲得高強(qiáng)度和良好塑性相配合的合金
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.21;TG156.92
【圖文】：

可熱處理強(qiáng)化；鑄件采用高性能鑄鋁合金，可熱處理強(qiáng)化。圖1-2 是鋁合金在汽車上的廣泛應(yīng)用[10]，從圖中可看出在汽車車身上所用鋁合金主要為 5000 系和 6000 系。圖 1-2 鋁合金在汽車上的廣泛應(yīng)用[10]Fig.1-2 Application of aluminum alloy in automobile[10]1.2.1 2000 系2000 系鋁合金是以銅為主要的合金元素的鋁合金，是一種可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，強(qiáng)化相為 CuMgAl2和 CuAl2。其具有優(yōu)良的鍛造性、較高的強(qiáng)度、良好的焊接性能以及一定的烘烤硬化性。中南大學(xué)王孟君等人[11]研究發(fā)現(xiàn)短時(shí)預(yù)時(shí)效加速了 GP 區(qū)的溶解，形成 θ"相核心，抑制隨后自然時(shí)效的硬化效果，使得強(qiáng)度下降。增加預(yù)時(shí)效時(shí)間使合金產(chǎn)生一定量的 θ"強(qiáng)化相，強(qiáng)度有所提高；在隨后的模擬烤漆過(guò)程中，形成更多的 θ"強(qiáng)化相，材料強(qiáng)度進(jìn)一步上升。國(guó)外目前 2036 和 2022 合金已部分用于汽車車身板材，如法國(guó)貝西內(nèi)公司 2000 系的 AU2GT4

圖 1-3 6016 合金不同時(shí)間的自然時(shí)效后 180oC等溫時(shí)效硬化曲線[29]Fig.1-3 Isothermal aging hardening curve of 6016 alloy at 180oC after different natural aging[29]1.4 Al-Mg-Cu 合金研究現(xiàn)狀1.4.1 Al-Mg-Cu 合金在汽車車身板材上的應(yīng)用潛力與不足之處汽車車身用板材一般先經(jīng)冷沖壓成形隨后再進(jìn)行烤漆涂裝處理。冷變形后的合金板材由于位錯(cuò)增殖、空位增加等導(dǎo)致其處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，它們?cè)陔S后的涂裝烤漆加熱(通常烤漆溫度為 170℃左右，烤漆時(shí)間約 30 min)過(guò)程中將不可避免發(fā)生回復(fù)甚至再結(jié)晶，從而使冷沖壓變形后的合金板材強(qiáng)度有所降低，這正是不可熱處理強(qiáng)化的 5000 系鋁合金車身構(gòu)件發(fā)生烤漆軟化的重要原因[35]。最近很多學(xué)者致力于研究加入少量Cu的Al-Mg合金[36-47]，發(fā)現(xiàn)Al-Mg-Cu合金在模擬烤漆前期(在 170℃保溫 60s)顯微硬度就能達(dá)到峰值硬度的 60%[40]，這種現(xiàn)象被稱為快速硬化現(xiàn)象，因此該合金在烤漆處理過(guò)程中可以達(dá)到很好的烘烤硬

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本文編號(hào)：2742829