【摘要】：Al-Mg合金是不可熱處理強化合金,在Al-Mg合金的基礎(chǔ)上加入少量的Cu在模擬烤漆(在175℃等溫時效30min)過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,研究微合金元素對合金固溶后時效析出的影響,自然時效對后續(xù)人工時效的影響,以及冷變形和后續(xù)退火對合金力學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)出快速時效強化的特征,添加微量的Si(0.15wt.%)使得合金的強化效果顯著增加。時效處理后合金強度的快速增高是由于合金中形成Mg-Cu原子團簇和S相。Si的添加之所以能夠大幅提高合金快速強化增量,因為Si添加使得合金中的析出相明顯細化,使其數(shù)密度增加,因而表現(xiàn)出更高的強化作用。Si微合金化Al-Mg-Cu合金隨著Si含量的增加,合金的自然時效硬化速度越快,硬化水平越高。經(jīng)過長時間的自然時效后人工時效前期的硬度值高于無自然時效合金,人工時效的峰值硬化水平低于無自然時效的合金。固溶態(tài)合金的強度較低,延伸率較高。由于固溶強化的作用,其強度隨Si、Mg含量的增加而增大。由于固溶時析出的Al_3(Er,Zr)的強化作用,復合添加Er、Zr的合金固溶態(tài)的屈服強度比未添加的合金高27MPa。時效后合金強度增高,Al-2Mg-0.8Cu合金175℃時效30min后屈服強度升高35MPa,添加0.15wt.%Si的合金屈服強度升高83MPa。雖然硬度上表現(xiàn)出添加Er的合金初期時效強化減弱,但175℃時效30min后屈服強度升高量也在80MPa左右,相比未添加Er、Zr合金并沒有明顯下降。由于冷作硬化的作用,冷軋后合金的強度隨變形量的增加而升高,其延伸率顯著下降。175℃退火30min后,由于析出相強化和回復的共同作用,合金的屈服強度稍有下降,抗拉強度明顯升高,延伸率大幅升高。隨退火時間的延長,由于析出相的粗化,合金的強度下降。40%變形量合金退火30min后具有最為優(yōu)異的性能,其強度和延伸率均較高。由于Mg對冷作硬化的作用,冷軋態(tài)合金的強度隨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的屈服強度與冷軋態(tài)相比有一定的提升或持平,斷后伸長率也有較大幅度的提高,并沒有出現(xiàn)像Al-3.5Mg-0.8Cu-0.15Si合金冷變形再退火后屈服強度大幅度的下降的現(xiàn)象,可推斷出Si有顯著提升沉淀強化作用從而彌補了低溫回復造成的屈服強度降低的現(xiàn)象。Er、Zr復合微合金化能顯著提高合金的強度,尤其是在大(80%)變形量下175℃退火30min后合金的抗拉強度和斷后伸長率都得到較大幅度的提升,從而可獲得高強度和良好塑性相配合的合金
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21;TG156.92
【圖文】：

可熱處理強化；鑄件采用高性能鑄鋁合金，可熱處理強化。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，是一種可熱處理強化的鋁合金，強化相為 CuMgAl2和 CuAl2。其具有優(yōu)良的鍛造性、較高的強度、良好的焊接性能以及一定的烘烤硬化性。中南大學王孟君等人[11]研究發(fā)現(xiàn)短時預時效加速了 GP 區(qū)的溶解，形成 θ"相核心，抑制隨后自然時效的硬化效果，使得強度下降。增加預時效時間使合金產(chǎn)生一定量的 θ"強化相，強度有所提高；在隨后的模擬烤漆過程中，形成更多的 θ"強化相，材料強度進一步上升。國外目前 2036 和 2022 合金已部分用于汽車車身板材，如法國貝西內(nèi)公司 2000 系的 AU2GT4

圖 1-3 6016 合金不同時間的自然時效后 180oC等溫時效硬化曲線[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行烤漆涂裝處理。冷變形后的合金板材由于位錯增殖、空位增加等導致其處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，它們在隨后的涂裝烤漆加熱(通�？酒釡囟葹� 170℃左右，烤漆時間約 30 min)過程中將不可避免發(fā)生回復甚至再結(jié)晶，從而使冷沖壓變形后的合金板材強度有所降低，這正是不可熱處理強化的 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程中可以達到很好的烘烤硬

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