對熱沖壓鋼Al-Si鍍層在加熱和高溫拉伸階段的表面形貌動態(tài)演化過程進行了觀測,分析了形變條件下Al-Si鍍層的裂紋形貌與開裂特征。結(jié)果表明,在奧氏體化加熱過程中,不同熔點的合金相在鍍層內(nèi)逐步形成,使鍍層經(jīng)歷了從固態(tài)到液態(tài)最終再到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程,并導(dǎo)致鍍層表面形貌的改變。加熱后的Al-Si鍍層內(nèi)以Fe2Al5相為主,導(dǎo)致鍍層表現(xiàn)為整體脆性,其開裂行為對拉伸變形極其敏感。在形變過程中,鍍層內(nèi)產(chǎn)生多條垂直于拉伸方向的裂紋,且裂紋寬度隨應(yīng)變量的增加持續(xù)增大,最終產(chǎn)生的界面裂紋導(dǎo)致鍍層與基體的剝離。 

【文章來源】：塑性工程學(xué)報. 2020,27(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

Al-Si鍍層表面形貌動態(tài)觀測

在初始態(tài)的鍍層中可以觀察到熱浸鍍過程產(chǎn)生的表面紋理(圖2a)。隨溫度升高至Al-Si共晶的熔點以上，液相的出現(xiàn)導(dǎo)致鍍層表面紋理消失(圖2b)。Al-Si共晶向液相的轉(zhuǎn)變較為迅速，在6 s內(nèi)即完全熔化。由于表面張力的作用，鍍層呈現(xiàn)出平整且光滑的形貌(圖2c)。鍍層的光滑表面形貌維持約24 s后，在875℃時鍍層表面開始凝固(圖2d)，表明高熔點相Fe2Al5或Fe Al已經(jīng)形成。隨著加熱時間的延長，高熔點相逐漸增多，鍍層的逐步凝固導(dǎo)致表面平整形貌消失，呈現(xiàn)出圖2e所示的溝壑狀，此時鍍層主要由固態(tài)的Fe2Al5相、Fe Al相和溶解有Fe和Si的液態(tài)Al組成。隨著Fe元素進一步向鍍層內(nèi)擴散，液相繼續(xù)向固態(tài)Fe2Al5相轉(zhuǎn)變，溝壑狀逐漸消失(圖2f)。在260 s時，鍍層呈現(xiàn)出較為均勻的表面形貌(圖2g)，表明此時鍍層全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔�。在隨后進一步的保溫過程中，僅發(fā)生元素的固相擴散，導(dǎo)致更多Fe Al相的形成，但鍍層表面形貌不再發(fā)生明顯變化(圖2h)。2.2 形變條件下Al-Si鍍層的開裂特征

圖5所示為斷裂試樣不同位置的Al-Si鍍層截面裂紋形貌和斷口形貌。經(jīng)過奧氏體化加熱過程后，鍍層包括擴散層和金屬間化合物層兩層結(jié)構(gòu)。擴散層厚度較薄，成分為固溶有Al元素的α-Fe相。金屬間化合物層則以Fe2Al5相為主，少量島狀Fe Al相分布其中(圖5a)。而Fe2Al5為高脆性相，使得鍍層表現(xiàn)為整體脆性，其斷口形貌為典型的脆性斷裂(圖5d)。正是由于Al-Si鍍層的整體脆性，導(dǎo)致其開裂行為對拉伸應(yīng)變極為敏感，少量的拉伸變形即可導(dǎo)致鍍層內(nèi)裂紋的產(chǎn)生及擴展，裂紋寬度隨應(yīng)變量的增加持續(xù)增大。在拉伸應(yīng)變足夠大時，會產(chǎn)生沿鍍層/基體界面擴展的界面裂紋，導(dǎo)致鍍層與基體的剝離(圖5b和圖5c)。圖4 斷裂試樣的表面二維形貌和不同區(qū)域開裂鍍層的三維形貌

【參考文獻】：
期刊論文
[1]熱沖壓生產(chǎn)中的長周期智能控制[J]. 王梁,蘇志同,安興運,張宜生,王義林,朱彬.  鍛壓技術(shù). 2020(07)
[2]Al-Si鍍層硼鋼板熱沖壓模具磨損失效分析[J]. 吳斌斌,林建平,馬治軍,劉億,郭水軍.  鍛壓技術(shù). 2018(01)



本文編號：3517234