發(fā)布時(shí)間：2018-01-17 21:38

  本文關(guān)鍵詞：Al-Mg-Si-Zr-XEr合金組織性能及時(shí)效析出強(qiáng)化的研究　出處：《沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： Al-Mg-Si合金 組織 性能 織構(gòu) 熱處理 析出 強(qiáng)化

【摘要】：近些年,汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,Al-Mg-Si合金在汽車工業(yè)上的研究和應(yīng)用也備受關(guān)注。微合金化是改善合金力學(xué)性能的有效方式,微量合金化元素對(duì)合金產(chǎn)生兩方面作用,一是異質(zhì)形核細(xì)化晶粒,再者影響合金析出相的時(shí)效析出進(jìn)而提高性能。本文在6111合金成分基礎(chǔ)上,通過微合金化Er、Zr元素的方式,配制了成分為Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr-(0.1、0.2、0.3) Er的不同Er元素含量鋁合金。通過對(duì)不同Er元素含量Al-Mg-Si-Zr-Er合金組織、性能、織構(gòu),以及含Er元素0.3%鋁合金的熱處理工藝、析出行為和強(qiáng)化機(jī)理的研究,奠定了Er元素微合金化應(yīng)用的理論基礎(chǔ),獲得了一種綜合性能較好的Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr-0.3Er合金。Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er合金鑄態(tài)組織為枝晶和等軸晶混合形態(tài),第二相主要為CuAl2、Al3Zr、Al1.9CuMg4.1Si3.3 (Q相)、Al3Er、Al4Mn3Si2、Mg2Si和β-Si相。經(jīng)過均勻化退火后,組織變得更加均勻,低熔點(diǎn)Al1.9CuMg4.1Si3.3 (Q相)、CuAl2相和Mg2Si相消失,Er、Zr元素與Al元素形成了三元核殼狀A(yù)l3(Er,Zr)復(fù)合相。合金擠壓態(tài)組織沿?cái)D壓方向晶粒被延伸,在晶粒內(nèi)部及晶界處存在大量的析出相聚集區(qū),呈現(xiàn)一定的方向性分布。合金軋制態(tài)組織為纖維組織,纖維層間距小且模糊,合金晶粒變的細(xì)而長(zhǎng),沿軋制的方向表現(xiàn)出明顯的方向性,析出相在軋制過程中被壓碎。T6熱處理后的合金板材組織為等軸晶,低熔點(diǎn)溶質(zhì)原子從過飽和基體內(nèi)析出。采用Er元素微合金化時(shí),隨Er元素含量的增加,鑄態(tài)、擠壓態(tài)、軋制態(tài)和熱處理態(tài)Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er合金組織均有逐漸細(xì)化的傾向,強(qiáng)度和硬度均提高,但合金塑性減弱效果并不明顯。時(shí)效過程中,隨Er元素含量的增加,合金到達(dá)峰值硬度的時(shí)間明顯縮短。T6熱處理后,含Er元素0.3%的鋁合金,其再結(jié)晶組織細(xì)化明顯,板材晶界處的析出物也逐漸增多,溶質(zhì)原子析出更充分,綜合力學(xué)性能良好。在不同取向條件下,含Er元素0.1%的合金力學(xué)性能差異性較大,隨著Er元素含量增加,合金板材力學(xué)性能差異性降低,含Er元素0.3%的合金三項(xiàng)IPA值為0.39%、1.59%、0.77%。在Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er合金織構(gòu)的研究上,合金軋制后織構(gòu)主要為旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){100}011,黃銅R織構(gòu){111}110和{111}112,常規(guī)變形織構(gòu)B、S、C織構(gòu)很弱。隨著Er元素含量增加,織構(gòu)體積分?jǐn)?shù)下降,隨機(jī)組分增多,制耳率有下降的趨勢(shì)。微量Er元素的加入引起基體晶格變化,降低鋁合金的層錯(cuò)能,阻礙了交滑移的進(jìn)行,造成織構(gòu)含量的轉(zhuǎn)變。固溶處理后,含Er元素0.1%的Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er合金中,主要織構(gòu)是黃銅織構(gòu)和旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)Cube+ND25, PSN形核是含Er元素0.1%鋁合金的再結(jié)晶形核機(jī)制之一；Er元素含量增加到0.2%、0.3%時(shí),織構(gòu)為較弱的黃銅織構(gòu),PSN形核減弱。Al-0.8Mg-1.OSi-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr-0.3Er合金的T4、T4P和T6熱處理工藝的研究表明,Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr-0.3Er合金在自然時(shí)效1.5d和4d時(shí),烤漆前后的強(qiáng)度、硬度均呈雙峰特征。經(jīng)T4處理后的Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr-0.3Er合金模擬烤漆時(shí),硬化速度減慢,p”相的析出被延遲,烤漆后形成的是以β"核心為主的析出物,出現(xiàn)烤漆軟化效應(yīng)；而經(jīng)過預(yù)時(shí)效、自然時(shí)效處理(T4P)后的合金進(jìn)行模擬烤漆時(shí),形成的析出相以p”相為主,實(shí)現(xiàn)了板材烤漆強(qiáng)化,延長(zhǎng)預(yù)時(shí)效時(shí)間,烤漆硬化效果進(jìn)一步提高。Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr-0.3Er合金的T6峰時(shí)效工藝為：540℃固溶1h,180℃時(shí)效時(shí)間5h,峰時(shí)效抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度達(dá)到了392.4MPa和321.8MPa,伸長(zhǎng)率為24.32%,硬度達(dá)到了117HB。考慮到汽車板材對(duì)合金沖壓性能的要求,較合理的預(yù)時(shí)效工藝為固溶淬火處理后立即進(jìn)行170℃/5min預(yù)時(shí)效,然后成型件通過自然時(shí)效和烤漆工藝進(jìn)一步提高力學(xué)性能。在合金的時(shí)效析出行為與強(qiáng)化機(jī)理的研究上,Er和Zr元素的加入促進(jìn)了Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er合金主強(qiáng)化相β"相的析出,β"相析出溫度變低,β"相也更為細(xì)小彌散,縮短了Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er合金自然時(shí)效達(dá)到第一峰值的時(shí)間和合金達(dá)到峰時(shí)效時(shí)間。隨Er元素含量的增加,Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er合金β"相析出激活能降低,分別為96.3、93.6和84.9kJ/mol。析出動(dòng)力學(xué)方程分別為：YEro.i=l-exp[-1.534×1013t1.5exp (-17382.7/T)]、YE0.2=1-expt[-5.268×1012t1.5exp(-16895.3/T)]、YEr0.3=[-2.965×1011 t1.5exp(-15324.9/T)];, Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er合金β"相TTT表達(dá)式分別為：TEr0.1=17382.7/[30.4+1.51nt-lnln(1-Y)-1]、TEr0.2=16895.3/[29.4+1.51nt-lnln(1-Y)-1] TEr0.3=15324.9/[26.4+1.51nt-lnln(1-Y)-1]。Er和Zr元素的加入對(duì),Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er合金的強(qiáng)化起到了較大貢獻(xiàn)。合金強(qiáng)化可歸納為加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化,其中,第二相強(qiáng)化又包含彌散強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化,第二相強(qiáng)化機(jī)制為Orowan繞過強(qiáng)化機(jī)制。
[Abstract]:In recent years, vigorous development of automobile industry, the research and application of Al-Mg-Si alloy in automobile industry is also of concern. Micro alloying is an effective way to improve the mechanical properties of the alloy, alloying elements have two effects on the alloy, is a heterogeneous nucleation of grain refinement, and effect of alloy precipitates aging and improve the performance. In this paper based on the 6111 component alloy, through micro alloying elements Er, Zr, compound composition of Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr- (0.1,0.2,0.3) with different content of Er Aluminum Alloy Er. According to the organization, with different content of Er texture and properties of Al-Mg-Si-Zr-Er alloy, Er element containing 0.3% Aluminum Alloy heat treatment process, the study of the precipitation the behavior and strengthening mechanism, lay a theoretical foundation for application of microalloying element Er, obtained a better comprehensive performance Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn-0.15 Zr-0.3Er alloy as cast.Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er alloy for dendrite and equiaxed mixed form, mainly for the second phase of CuAl2, Al3Zr, Al1.9CuMg4.1Si3.3 (Q), Al3Er, Al4Mn3Si2, Mg2Si and beta -Si. After homogenization, the organization becomes more uniform, low melting point Al1.9CuMg4.1Si3.3 (Q), CuAl2 and Mg2Si Er, Zr disappeared, and Al elements formed three core-shell Al3 (Er, Zr). The microstructure of composite alloy extruded along the extrusion direction of grain was extended, inside the grains and at grain boundaries in the existence of a large number of precipitation gathered area, is now a directional distribution of rolled alloy fiber tissue. Tissue, fiber spacing is small and fuzzy, grain becomes thin and long, along the rolling direction shows obvious direction, precipitates in the rolling process was crushed after heat treatment.T6 alloy microstructure to equiaxed crystal, the low melting point of solute atoms from overeating And the matrix precipitation. Using Er micro alloying elements, with the increase of Er content, casting, extrusion, rolling and heat treatment have the tendency of Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er alloy microstructure refinement, strength and hardness were increased, but the plasticity of the alloy. The effect is not obvious. During the aging process, with the increase of Er elements the content of the alloy significantly shorten the time to reach the peak hardness of.T6 after heat treatment, Aluminum Alloy containing Er element 0.3%, the recrystallization microstructure obviously, grain boundary precipitates plate has gradually increased, the solute atoms precipitated more fully, good mechanical properties. In different orientation conditions, Er element containing 0.1% difference the mechanical properties of the alloy is larger, with the increase of Er content, mechanical properties of alloy sheet difference decreased, Er alloy containing 0.3% elements of three IPA was 0.39%, 1.59%, 0.77%. on the texture of Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er alloy. After the main alloy rolling texture, rotated cube texture {100}011, brass R texture {111}110 and {111}112, S, B of conventional texture, C texture is very weak. With the increase of Er content, decreased texture volume fraction, random components increase, earing rate decreased. Trace Er element added by matrix lattice change, reduce Aluminum Alloy SFE, hindered the cross slide, caused by changes in texture content. After solution treatment, Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er alloy containing Er element 0.1%, main texture is brass texture and rotated cube texture Cube+ND25, PSN nucleation is Er element containing 0.1% Aluminum Alloy of recrystallization nucleation mechanism; the content of Er increased to 0.2%, 0.3%, for the weak texture of brass texture, PSN nucleation weakened.Al-0.8Mg-1.OSi-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr-0.3Er alloy T4, T4P and T6 heat treatment showed that Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn -0.15Zr-0.3Er alloy in the natural aging 1.5D and 4D, before and after baking strength, hardness were characteristic of Shuangfeng. After Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr-0.3Er T4 treated alloy simulated paint, hardening rate, P phase is delayed after the formation of the paint is "beta precipitates core, paint softening effect and appearance; after pre aging, natural aging treatment (T4P) alloy after simulated paint, the formation of precipitates in P phase, the paint sheet strengthened, prolonged pre aging time, baking hardening effect and further improve the T6 peak aging process of.Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr-0.3Er alloy is 540 DEG 1h in solution, 180 ageing the time of peak aging 5h, the tensile strength and yield strength reached 392.4MPa and 321.8MPa, the elongation is 24.32%, the hardness reached 117HB. considering the car plate on the stamping properties of the alloy. Requirements of pre aging process is reasonable for 170 DEG /5min pre aging solution immediately after quenching, then molded by natural aging and baking process to further improve the mechanical properties. In the study on aging precipitation behavior of the alloy and strengthening mechanism, Er and addition of Zr promoted Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er alloy main strengthening phase beta "the precipitation of beta" phase precipitation temperature becomes lower, beta "phase is more dispersed, shorten the natural aging Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er alloy alloy for the first time and reached the peak peak time. With the increase of Er content of Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er alloy" phase precipitation decreasing the activation energy were 96.3,93.6 and 84.9kJ/mol. precipitation kinetics equation respectively: YEro.i=l-exp[-1.534 * 1013t1.5exp (-17382.7/T)], YE0.2=1-expt[-5.268 * 1012t1.5exp (-16895.3/T)], 1011 YEr0.3=[-2.965 * t1.5exp (-15324.9/T)]; Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er alloy, beta "phase TTT expressions were as follows: TEr0.1=17382.7/[30.4+1.51nt-lnln (1-Y) -1], TEr0.2=16895.3/[29.4+1.51nt-lnln (1-Y) -1] TEr0.3=15324.9/[26.4+1.51nt-lnln (1-Y) -1].Er and Zr element was added to Al-Mg-Si-Cu-Mn-Zr-Er alloy, strengthening plays a bigger contribution. Alloy strengthening can be summarized as the hardening of fine grain strengthening, solid solution strengthening and second phase strengthening. The second phase strengthening and dispersion strengthening and precipitation strengthening, second phase strengthening mechanism for Orowan around the strengthening mechanism.

【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.21

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本文編號(hào)：1438119