發(fā)布時(shí)間：2017-05-01 23:02

  本文關(guān)鍵詞：超細(xì)晶6061Al-Mg-Si鋁合金的力學(xué)性能和摩擦磨損行為，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：Al-Mg-Si-(Cu)6000系鋁合金因其良好的力學(xué)性能、優(yōu)異的可焊接性、耐腐蝕性和良好的可成型性,在汽車制造、航空航天等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但該合金系的強(qiáng)度與7000系等鋁合金相比,尚需提高。大塑性變形(SPD)技術(shù)是細(xì)化晶粒的有效方法,可明顯提高金屬材料的強(qiáng)度,其中等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)技術(shù)利用剪切變形能夠獲得塊體超細(xì)晶結(jié)構(gòu)材料,是最具有應(yīng)用前景的SPD技術(shù)。國內(nèi)外有關(guān)大塑性變形超細(xì)晶6000系鋁合金的微觀結(jié)構(gòu)和強(qiáng)韌性研究比較系統(tǒng),但對其摩擦磨損行為的研究較少。因此,深入研究ECAP超細(xì)晶6061鋁合金的摩擦磨損性能,并且分析其微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能對摩擦磨損行為的影響,具有十分重要的意義。本文以6061 Al-Mg-Si鋁合金為研究對象,利用X射線衍射(XRD)、差示掃描量熱法(DSC)、拉伸試驗(yàn)和透射電鏡(TEM)等表征方式,分析并研究了不同溫度動態(tài)時(shí)效ECAP對6000系鋁合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。特別是,選用強(qiáng)度和塑韌性最佳的ECAP鋁合金試樣與固溶態(tài)、峰時(shí)效態(tài)(T6)試樣在不同載荷下進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)對比。通過掃描電鏡(SEM)、表面輪廓儀和能譜儀(EDS)對比分析磨損表面、磨痕亞表面和磨屑,探究超細(xì)晶鋁合金的磨損機(jī)制以及微觀結(jié)構(gòu)對超細(xì)晶材料摩擦磨損行為的影響。所得結(jié)果總結(jié)如下:(1)通過分析XRD射線衍射圖,計(jì)算出動態(tài)時(shí)效ECAP后的6061鋁合金的平均晶粒尺寸、平均晶格應(yīng)變和位錯(cuò)密度。ECAP后平均位錯(cuò)密度在0.25×1014 m 2~1.75×1014 m 2之間,晶粒尺寸在100 nm~173 nm,均已達(dá)到超細(xì)晶級別。(2)DSC和TEM分析均表明,6061鋁合金在不同溫度ECAP變形后,試樣中均已經(jīng)發(fā)生了不同程度的β"和β'相的動態(tài)析出。6061鋁合金經(jīng)過170°C動態(tài)時(shí)效ECAP后存在大量β"析出相和位錯(cuò),極細(xì)的析出相顆�？赡軐χ車奈诲e(cuò)起到了釘扎作用,增加了合金強(qiáng)度。(3)ECAP工藝與適當(dāng)?shù)臅r(shí)效工藝相結(jié)合可以顯著提高6061鋁合金的力學(xué)性能。與固溶態(tài)的力學(xué)性能相比較,ECAP鋁合金的抗拉強(qiáng)度提高了2~3倍,由151 MPa提高到310~450 MPa;屈服強(qiáng)度提高了4~6倍,由67 MPa提高到272~425 MPa。110°C動態(tài)時(shí)效ECAP的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為450MPa和425MPa,均勻伸長率為15%,達(dá)到高強(qiáng)度鋁合金級別。ECAP試樣的高強(qiáng)度歸因于析出相強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的共同作用。(4)載荷為5~25 N時(shí),110°C動態(tài)時(shí)效ECAP鋁合金平均摩擦系數(shù)變化范圍為0.4567~0.528。任意載荷下,110°C動態(tài)時(shí)效ECAP鋁合金的平均摩擦系數(shù)和磨損率都小于固溶態(tài)和T6態(tài)試樣。時(shí)效+ECAP工藝在6061鋁合金的減摩性能上起到了明顯的效果,能夠帶來更優(yōu)異的耐磨性能。(5)超細(xì)晶和粗晶6061鋁合金在常溫下的磨損機(jī)制種類和轉(zhuǎn)化順序?yàn)槟チＤp→氧化磨損+剝層磨損→粘著磨損→表面疲勞磨損。110°C動態(tài)時(shí)效ECAP鋁合金試樣在5 N、10 N和25 N時(shí)的主導(dǎo)磨損機(jī)制分別為磨粒磨損、氧化磨損+剝層磨損和粘著磨損。(6)經(jīng)過110°C動態(tài)時(shí)效ECAP處理后,超細(xì)晶6061鋁合金在5 N和10 N時(shí)出現(xiàn)的磨損機(jī)制種類分別與粗晶試樣在10 N和25 N時(shí)出現(xiàn)的磨損機(jī)制種類相同,即6061鋁合金經(jīng)過110°C動態(tài)時(shí)效ECAP處理后,對磨損機(jī)制的轉(zhuǎn)變起到了一定的推遲作用。(7)文獻(xiàn)中大多數(shù)超細(xì)晶材料由于強(qiáng)度增加塑韌性降低,在摩擦過程中導(dǎo)致耐磨性能下降。經(jīng)過110°C動態(tài)時(shí)效ECAP處理后得到的超細(xì)晶6061鋁合金,其較高的塑韌性能夠有效地抑制摩擦層和塑性變形區(qū)之間裂紋的生成與擴(kuò)散,從而能夠有效地降低摩擦系數(shù)和磨損率。(8)超細(xì)晶材料的耐磨性是由材料的強(qiáng)度和塑韌性共同決定的。動態(tài)時(shí)效ECAP制得的6061鋁合金,其高密度的納米尺度β"析出相和位錯(cuò)的交互作用不僅使材料具有很高的強(qiáng)度,同時(shí)具備優(yōu)良的塑韌性,并且達(dá)到了強(qiáng)度和加工硬化能力的最佳組合,因此相對于粗晶材料,其耐磨性得到提升。
【關(guān)鍵詞】：6061鋁合金 等通道轉(zhuǎn)角擠壓 微觀結(jié)構(gòu) 力學(xué)性能 強(qiáng)韌化 磨損行為
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-29
• 1.1 6000系鋁合金的研究意義12
• 1.2 大塑性變形技術(shù)12-17
• 1.2.1 高壓扭轉(zhuǎn) (HPT) 工藝13-14
• 1.2.2 累積軋合 (ARB) 工藝14-15
• 1.2.3 循環(huán)擠壓壓縮 (CEC) 工藝15
• 1.2.4 多向鍛造 (MDF) 工藝15-16
• 1.2.5 扭擠 (TE)16-17
• 1.3 等通道轉(zhuǎn)角擠壓17-20
• 1.3.1 等通道轉(zhuǎn)角擠壓的工藝原理及特點(diǎn)17-18
• 1.3.2 等通道轉(zhuǎn)角擠壓的影響因素18-20
• 1.4 摩擦學(xué)基本知識20-27
• 1.4.1 摩擦理論21-23
• 1.4.2 磨損理論23-24
• 1.4.3 影響超細(xì)晶金屬摩擦性能的因素24-27
• 1.5 課題的研究目的和內(nèi)容27-29
• 第二章 實(shí)驗(yàn)過程及分析測試方法29-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及工藝流程29
• 2.1.1 原材料及成分29
• 2.1.2 試驗(yàn)工藝流程圖29
• 2.2 樣品制備29-32
• 2.2.1 ECAP樣品的制備29-31
• 2.2.2 樣品的切割31-32
• 2.2.3 固溶時(shí)效處理32
• 2.3 磨損試驗(yàn)32-33
• 2.4 性能與表征33-36
• 2.4.1 拉伸實(shí)驗(yàn)33
• 2.4.2 XRD分析33-34
• 2.4.3 差示掃描量熱法34
• 2.4.4 顯微組織分析34
• 2.4.5 能譜分析(EDS)34-35
• 2.4.6 表面輪廓測試35-36
• 第三章 6061鋁合金的強(qiáng)化韌化機(jī)制36-53
• 3.1 XRD分析36-39
• 3.2 DSC熱分析39-42
• 3.3 微觀結(jié)構(gòu)42-45
• 3.4 力學(xué)性能45-47
• 3.5 討論47-52
• 3.5.1 強(qiáng)化機(jī)制47-49
• 3.5.2 大塑性變形6000系鋁合金的強(qiáng)韌性49-52
• 3.6 結(jié)論52-53
• 第四章 6061鋁合金的摩擦磨損性能53-79
• 4.1 不同載荷下的摩擦特性53-57
• 4.1.1 摩擦系數(shù)53-54
• 4.1.2 平均摩擦系數(shù)54-56
• 4.1.3 磨損率的比較56-57
• 4.2 三維形貌分析57-61
• 4.2.1 載荷 10N時(shí)形貌分析57-59
• 4.2.2 載荷 25N時(shí)形貌分析59-61
• 4.3 磨損表面分析61-67
• 4.3.1 載荷 5N時(shí)磨損表面形貌61-62
• 4.3.2 載荷 10N時(shí)磨損表面形貌62-64
• 4.3.3 載荷 25N時(shí)磨損表面形貌64-65
• 4.3.4 能譜分析65-67
• 4.4 剖面分析67-69
• 4.5 磨屑分析69-72
• 4.6 磨損機(jī)制72-73
• 4.7 討論73-77
• 4.8 本章小結(jié)77-79
• 第五章 結(jié)論與展望79-82
• 5.1 結(jié)論79-81
• 5.2 創(chuàng)新與展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-88
• 致謝88-89
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文89

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陸紅亞;李付國;汪程鵬;陳波;袁戰(zhàn)偉;;一種橢圓截面螺旋等通道擠壓制備超細(xì)晶材料的新工藝[J];鍛壓裝備與制造技術(shù);2011年04期

2 宋寶韞;付爾聰;運(yùn)新兵;賀旭東;陳莉;;連續(xù)等通道角擠壓制備超細(xì)晶銅[J];有色金屬;2008年04期

3 石鳳健;王雷剛;蘆笙;;多軸壓縮工藝制備超細(xì)晶銅的研究[J];中國機(jī)械工程;2009年24期

4 王慶娟;王清平;杜忠澤;;等徑彎曲通道變形制備超細(xì)晶銅的力學(xué)行為[J];特種鑄造及有色合金;2011年10期

5 談軍;周張健;屈丹丹;鐘銘;葛昌純;;超細(xì)晶鎢及其復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀[J];粉末冶金工業(yè);2012年03期

6 薛克敏;王曉溪;李萍;;超細(xì)晶材料制備新工藝——擠扭[J];塑性工程學(xué)報(bào);2009年05期

7 王慶娟;徐長征;鄭茂盛;朱杰武;M．Buksa;L．Kunz;;等徑彎曲通道制備的超細(xì)晶銅的疲勞性能[J];金屬學(xué)報(bào);2007年05期

8 杜予fE;張新明;;強(qiáng)變形制備超細(xì)晶金屬材料的方法[J];材料導(dǎo)報(bào);2006年S2期

9 代秀芝;劉靖;韓靜濤;;超細(xì)晶銅帶材的制備及其力學(xué)性能研究[J];南方金屬;2006年06期

10 李誠;鄧文君;魏興釗;;切削加工中的大塑性變形與超細(xì)晶形成研究[J];金屬熱處理;2008年08期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 杜隨更;王彥絨;;超細(xì)晶材料制備的磨擦壓扭強(qiáng)變形區(qū)轉(zhuǎn)移法[A];2002年材料科學(xué)與工程新進(jìn)展（上）——2002年中國材料研討會論文集[C];2002年

2 索濤;李玉龍;謝奎;趙峰;;應(yīng)變率對超細(xì)晶銅韌性的影響[A];第六屆全國爆炸力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

3 史慶南;王效琪;鄭巍黎;;深度塑性加工(SPD)的進(jìn)展和疊軋法(ARB)制備超細(xì)晶材料[A];中國空間科學(xué)學(xué)會空間材料專業(yè)委員會’2004學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2004年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 姜慶偉;超細(xì)晶純金屬材料塑性變形與損傷行為的溫度效應(yīng)[D];東北大學(xué);2011年

2 魏偉;塊體超細(xì)晶銅的制備與組織性能研究[D];南京理工大學(xué);2005年

3 鄒黎明;醫(yī)用超細(xì)晶TiNbZrTaFe復(fù)合材料的粉末冶金制備及其性能研究[D];華南理工大學(xué);2013年

4 姚再起;生物醫(yī)用超細(xì)晶鈦合金及其表面改性[D];大連理工大學(xué);2010年

5 王辛;粉末冶金超細(xì)晶AZ31鎂合金材料制備與力學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

6 畢見強(qiáng);2A12鋁塊體超細(xì)晶材料的制備、模擬及細(xì)化機(jī)制的研究[D];山東大學(xué);2005年

7 蘇靜;超細(xì)晶Cu的劇塑性流變行為及本構(gòu)理論[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

8 夏少華;微米晶/超細(xì)晶復(fù)合增塑及其機(jī)制研究[D];南京理工大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃小龍;粉末冶金超細(xì)晶Ti-6Al-4V合金的力學(xué)性能及變形局域化行為的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 顧陽林;復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下超細(xì)晶材料的力學(xué)性能研究[D];南京理工大學(xué);2015年

3 韋江濤;超細(xì)晶6061Al-Mg-Si鋁合金的力學(xué)性能和摩擦磨損行為[D];江蘇大學(xué);2016年

4 謝昌吉;超細(xì)晶材料的本構(gòu)建模及其力學(xué)行為的研究[D];廣西大學(xué);2014年

5 簡波;超細(xì)晶結(jié)構(gòu)材料制備方法研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2004年

6 王彥絨;采用摩擦壓扭強(qiáng)變形區(qū)轉(zhuǎn)移法制備超細(xì)晶結(jié)構(gòu)材料[D];西北工業(yè)大學(xué);2003年

7 楊杰;熱處理對超細(xì)晶工業(yè)純鋁力學(xué)行為影響的研究[D];上海交通大學(xué);2008年

8 王穩(wěn)穩(wěn);超細(xì)晶純銅高應(yīng)變速率變形[D];南京理工大學(xué);2013年

9 李明山;等通道轉(zhuǎn)角擠壓制備超細(xì)晶銅的疲勞性能[D];西安建筑科技大學(xué);2008年

10 劉瓊;等徑彎曲通道變形制備塊體超細(xì)晶銅的腐蝕性能研究[D];西安建筑科技大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：超細(xì)晶6061Al-Mg-Si鋁合金的力學(xué)性能和摩擦磨損行為，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：339787