本文關(guān)鍵詞：超細晶6061Al-Mg-Si鋁合金的力學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)是細化晶粒的有效方法,可明顯提高金屬材料的強度,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)大塑性變形超細晶6000系鋁合金的微觀結(jié)構(gòu)和強韌性研究比較系統(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)時效ECAP對6000系鋁合金微觀組織和力學性能的影響。特別是,選用強度和塑韌性最佳的ECAP鋁合金試樣與固溶態(tài)、峰時效態(tài)(T6)試樣在不同載荷下進行摩擦磨損試驗對比。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,探究超細晶鋁合金的磨損機制以及微觀結(jié)構(gòu)對超細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,計算出動態(tài)時效ECAP后的6061鋁合金的平均晶粒尺寸、平均晶格應(yīng)變和位錯密度。ECAP后平均位錯密度在0.25×1014 m 2~1.75×1014 m 2之間,晶粒尺寸在100 nm~173 nm,均已達到超細晶級別。(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)時效ECAP后存在大量β"析出相和位錯,極細的析出相顆粒可能對周圍的位錯起到了釘扎作用,增加了合金強度。(3)ECAP工藝與適當?shù)臅r效工藝相結(jié)合可以顯著提高6061鋁合金的力學性能。與固溶態(tài)的力學性能相比較,ECAP鋁合金的抗拉強度提高了2~3倍,由151 MPa提高到310~450 MPa;屈服強度提高了4~6倍,由67 MPa提高到272~425 MPa。110°C動態(tài)時效ECAP的抗拉強度和屈服強度分別為450MPa和425MPa,均勻伸長率為15%,達到高強度鋁合金級別。ECAP試樣的高強度歸因于析出相強化、位錯強化和細晶強化的共同作用。(4)載荷為5~25 N時,110°C動態(tài)時效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)超細晶和粗晶6061鋁合金在常溫下的磨損機制種類和轉(zhuǎn)化順序為磨粒磨損→氧化磨損+剝層磨損→粘著磨損→表面疲勞磨損。110°C動態(tài)時效ECAP鋁合金試樣在5 N、10 N和25 N時的主導磨損機制分別為磨粒磨損、氧化磨損+剝層磨損和粘著磨損。(6)經(jīng)過110°C動態(tài)時效ECAP處理后,超細晶6061鋁合金在5 N和10 N時出現(xiàn)的磨損機制種類分別與粗晶試樣在10 N和25 N時出現(xiàn)的磨損機制種類相同,即6061鋁合金經(jīng)過110°C動態(tài)時效ECAP處理后,對磨損機制的轉(zhuǎn)變起到了一定的推遲作用。(7)文獻中大多數(shù)超細晶材料由于強度增加塑韌性降低,在摩擦過程中導致耐磨性能下降。經(jīng)過110°C動態(tài)時效ECAP處理后得到的超細晶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散,從而能夠有效地降低摩擦系數(shù)和磨損率。(8)超細晶材料的耐磨性是由材料的強度和塑韌性共同決定的。動態(tài)時效ECAP制得的6061鋁合金,其高密度的納米尺度β"析出相和位錯的交互作用不僅使材料具有很高的強度,同時具備優(yōu)良的塑韌性,并且達到了強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) 力學性能 強韌化 磨損行為
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 實驗過程及分析測試方法29-36
• 2.1 實驗材料及工藝流程29
• 2.1.1 原材料及成分29
• 2.1.2 試驗工藝流程圖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 固溶時效處理32
• 2.3 磨損試驗32-33
• 2.4 性能與表征33-36
• 2.4.1 拉伸實驗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鋁合金的強化韌化機制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 力學性能45-47
• 3.5 討論47-52
• 3.5.1 強化機制47-49
• 3.5.2 大塑性變形6000系鋁合金的強韌性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時形貌分析57-59
• 4.2.2 載荷 25N時形貌分析59-61
• 4.3 磨損表面分析61-67
• 4.3.1 載荷 5N時磨損表面形貌61-62
• 4.3.2 載荷 10N時磨損表面形貌62-64
• 4.3.3 載荷 25N時磨損表面形貌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82-88
• 致謝88-89
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文89

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本文編號：339787