【摘要】：近年來(lái),大塑性變形(SPD)技術(shù)制備具有優(yōu)良性能的超細(xì)/納米晶6000系鋁合金的研究取得了很大進(jìn)展。它是目前唯一可以生產(chǎn)三維大尺寸塊體超細(xì)/納米晶材料的加工方法之一,可以大幅度提高6000系鋁合金的力學(xué)性能,被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)納米材料制備技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)的最有效方式。在鋁合金的許多強(qiáng)韌化機(jī)制中,時(shí)效析出相強(qiáng)化是其中最為有效的途徑之一,當(dāng)晶粒尺寸細(xì)化到亞微米和納米量級(jí)時(shí),晶界密度的顯著提升必然會(huì)對(duì)合金時(shí)效析出過(guò)程產(chǎn)生影響,而隨著鋁合金的時(shí)效析出規(guī)律發(fā)生變化,納米時(shí)效析出相與超細(xì)/納米晶結(jié)合的組織結(jié)構(gòu)可以從根本上改變材料的力學(xué)行為和強(qiáng)韌性能。因此,將大塑性變形技術(shù)與鋁合金的時(shí)效處理工藝相結(jié)合,研究超細(xì)/納米晶6000系A(chǔ)l-Mg-Si-(Cu)鋁合金的時(shí)效析出規(guī)律和強(qiáng)韌性具有重要意義。本研究以6061鋁合金為基礎(chǔ)合金,對(duì)室溫三個(gè)道次的ECAP態(tài)試樣進(jìn)行后時(shí)效處理,采用硬度測(cè)試、拉伸測(cè)試、導(dǎo)電率測(cè)試、差式掃描量熱法(DSC)熱分析、X射線衍射(XRD)和透射電鏡(TEM),系統(tǒng)地研究了室溫ECAP后時(shí)效工藝對(duì)6061鋁合金的析出相演變和強(qiáng)韌性的影響,主要結(jié)論包括:(1)DSC分析結(jié)果表明,室溫一道次試樣在80°C×30 min、110°C×20 min和170°C×10 min下后時(shí)效的過(guò)程中,合金中出現(xiàn)的主要強(qiáng)化相為β″相,隨著后時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),合金出現(xiàn)的主要時(shí)效析出相逐漸由β″相變?yōu)棣隆湎嗪挺孪�。室溫二道次試樣分別在80°C×20 min、110°C×10 min和170°C×5 min下后時(shí)效的過(guò)程中,合金中出現(xiàn)的主要強(qiáng)化相依然是β″相,但是較室溫一道次試樣,二道次試樣的塑性變形量更大,晶粒更加細(xì)小,主要強(qiáng)化相β″和β′的激活能更高,析出數(shù)量更多。室溫三道次試樣分別在80°C×5 min、110°C×5 min和170°C×2 min下后時(shí)效的過(guò)程中,GP區(qū)基本完全溶解,主要強(qiáng)化相變?yōu)槭铅隆逑嗪蜕倭喀隆湎�。�?dāng)合金在80°C、110°C和170°C后時(shí)效1 h時(shí),β″相已經(jīng)完全溶解,β′相和β相大量析出,合金中出現(xiàn)的主要時(shí)效相基本變?yōu)榉�(wěn)定的β′相和β相。(2)通過(guò)對(duì)比不同道次室溫ECAP后時(shí)效試樣的XRD圖譜可以發(fā)現(xiàn),室溫ECAP態(tài)試樣中并沒(méi)有檢測(cè)到析出相的出現(xiàn),而室溫ECAP試樣在80°C×30min、110°C×20 min和170°C×10 min下后時(shí)效的過(guò)程中,合金中的主要強(qiáng)化相β″相大量析出。將室溫一道次和三道次ECAP后時(shí)效態(tài)試樣X(jué)RD圖譜對(duì)比發(fā)現(xiàn),隨著ECAP道次的增加,材料內(nèi)部晶粒更加細(xì)小,高應(yīng)變引入的大量位錯(cuò)促進(jìn)了β″相和β′相等強(qiáng)化相的析出。對(duì)于相同時(shí)效溫度和時(shí)間的合金,隨著材料變形量的增加,晶粒細(xì)化更加明顯,位錯(cuò)密度大幅度提高,本研究中室溫三道次ECAP態(tài)試樣的晶粒細(xì)化效果最佳,其晶粒尺寸僅僅168 nm,明顯低于一道次(292 nm)和二道次ECAP態(tài)試樣(211 nm)的晶粒尺寸,同時(shí)位錯(cuò)密度高達(dá)1.3×10~133 m~(-2)。(3)從TEM分析可以看出,在6061鋁合金T6態(tài)試樣中,可以觀察到密集分布的β″相、β′相和Q′相以及它們與位錯(cuò)之間的交織纏結(jié),但是β″相占主導(dǎo)地位。室溫二道次ECAP在170°C×3 h后時(shí)效過(guò)程中同樣出現(xiàn)大量β′相和Q′相,并且聚集在位錯(cuò)附近,但是與T6態(tài)試樣不同的是,ECAP后時(shí)效態(tài)試樣中主要強(qiáng)化相β′相和Q′相的數(shù)量更多,晶粒尺寸更小。這是由于ECAP變形中高應(yīng)變形成的位錯(cuò)促進(jìn)了析出相的動(dòng)態(tài)析出,而析出相的存在又有利于變形過(guò)程中晶粒的細(xì)化和位錯(cuò)塞積,這對(duì)材料的強(qiáng)化起到至關(guān)重要的作用。(4)通過(guò)硬度測(cè)試和拉伸測(cè)試實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)和時(shí)效溫度的升高,合金的硬度逐漸降低,材料達(dá)到峰值硬度的時(shí)間大大縮短。隨著材料變形程度的加深,合金的硬度也將進(jìn)一步提高,本研究中三道次試樣80°C下后時(shí)效5 min獲得的硬度值最高,其顯微硬度值為195 HV。等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)與時(shí)效處理相結(jié)合,材料在犧牲較小塑韌性的情況下(均勻伸長(zhǎng)率δ_u均大于10%),強(qiáng)度得到大幅度提升。本研究中二道次試樣80°C下后時(shí)效20 min獲得的拉伸性能最好,其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和均勻伸長(zhǎng)率為514 MPa、489 MPa和12%。(5)導(dǎo)電率試驗(yàn)結(jié)果表示,隨著時(shí)效時(shí)間的增加和時(shí)效溫度的升高都會(huì)提高材料的導(dǎo)電率,當(dāng)室溫一道次試樣在170°C下時(shí)效3 h,獲得最高的導(dǎo)電率是40%IACS。室溫ECAP結(jié)合時(shí)效處理制備的超細(xì)晶Al-Mg-Si-(Cu)合金,其導(dǎo)電率對(duì)晶界、位錯(cuò)、溶質(zhì)原子、析出相等顯微結(jié)構(gòu)非常敏感。高密度的位錯(cuò)和晶格畸變導(dǎo)致析出相的出現(xiàn)更為迅速,由于電子在第二相中的散射強(qiáng)度很小,電子散射的阻礙減少,導(dǎo)電率大幅度提高。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG146.21;TG156.92
【圖文】：

過(guò)飽和固溶體的過(guò)程叫做固溶處理，將過(guò)飽和固溶體放置在室溫下或者加熱到室溫以上某個(gè)溫度保溫，伴隨著過(guò)飽和固溶體溶解的過(guò)程稱為時(shí)效處理[5]。其中合金放置在室溫而導(dǎo)致過(guò)飽和固溶體的溶解被稱為自然時(shí)效，而人為加熱到室溫以上某個(gè)溫度保溫導(dǎo)致過(guò)飽和固溶體的溶解則被稱為人工時(shí)效。1.2.1 6000 系鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化機(jī)制鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化也可以稱之為沉淀強(qiáng)化，是指合金經(jīng)固溶處理后，在室溫或者加熱到室溫以上某個(gè)溫度保溫時(shí)，隨著保溫時(shí)間的增加材料的強(qiáng)度和硬度顯著提升，塑韌性下降的現(xiàn)象即為時(shí)效強(qiáng)化。其實(shí)質(zhì)是合金中在時(shí)效過(guò)程中位錯(cuò)與彌散分布的析出相之間的交互作用阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生了強(qiáng)化效果。按照互相作用方式的差異，可以分為兩種強(qiáng)化機(jī)制：(1) 位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制，(2)位錯(cuò)切過(guò)機(jī)制[6]。兩種強(qiáng)化機(jī)制的示意圖如圖 1.1 所示[7]。

HAADF-STEM圖：(a)C相，(b)Q′相，(c)L相[22]

等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)6061 鋁合金后時(shí)效析出相的演變及強(qiáng)韌性研究當(dāng)外弧角Ψ一定時(shí)，累積應(yīng)變值隨著內(nèi)角φ的增加而減小。當(dāng)內(nèi)角跟外弧角均90°時(shí)，每道次的應(yīng)變?cè)?1 左右，材料可以獲得極高的應(yīng)變。此結(jié)論已被證明用于準(zhǔn)確計(jì)算 ECAP 多道次累計(jì)應(yīng)變大小的有效公式。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 顧媛;陳江華;劉春輝;朱東暉;劉力梅;陶冠輝;;預(yù)變形對(duì)Al-Mg-Si-Cu合金時(shí)效硬化和顯微結(jié)構(gòu)的影響[J];金屬學(xué)報(bào);2015年11期

2 李海;王秀麗;史志欣;王芝秀;鄭子樵;;Al-Mg-Si-(Cu)鋁合金在連續(xù)升溫中的析出行為[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2011年09期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 丁立鵬;汽車車身用Al-Mg-Si-Cu合金中析出相演變和熱處理工藝研究[D];重慶大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2774657