本文關(guān)鍵詞：大塑性變形（SPD）超細(xì)晶6013鋁合金后時(shí)效特性及其微觀結(jié)構(gòu)表征

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【摘要】：近年來,隨著中國(guó)工業(yè)化的發(fā)展,交通、電子信息等行業(yè)對(duì)于鋁合金材料的需求呈上升的趨勢(shì)。其中,汽車輕量化是鋁合金在工業(yè)生產(chǎn)上最為廣泛的應(yīng)用。另外,研究高強(qiáng)度高韌性的鋁合金新材料,以滿足航空航天、兵器等軍事工業(yè)的需要也是鋁合金未來發(fā)展的主要方向。大塑性變形(SPD)技術(shù)中的等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)(ECAP)可以有效地制備超細(xì)晶材料,進(jìn)而顯著地提高6000系鋁合金的力學(xué)性能,被認(rèn)為是制備塊狀超細(xì)晶材料極具前景的方法。但是僅通過SPD技術(shù)并不能完全發(fā)揮6000系鋁合金的強(qiáng)化潛力,因此,將SPD技術(shù)與時(shí)效處理相結(jié)合,進(jìn)一步研究ECAP后時(shí)效處理對(duì)6000系鋁合金性能的影響具有十分重要的意義。本文以6013(Al-Mg-Si-Cu)鋁合金為研究對(duì)象,對(duì)不同室溫ECAP道次的試樣進(jìn)行后時(shí)效處理,并選用顯微硬度實(shí)驗(yàn)、拉伸實(shí)驗(yàn)和電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)來表征其性能。并通過差示掃描量熱法(DSC)、X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)分析6013鋁合金經(jīng)ECAP后時(shí)效處理后材料的微觀結(jié)構(gòu)變化,探討微觀結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響,并進(jìn)一步對(duì)其強(qiáng)韌化機(jī)制變化作出預(yù)測(cè)。所得結(jié)果總結(jié)如下:(1)DSC分析表明,室溫一道次ECAP試樣在110℃下進(jìn)行后時(shí)效時(shí),析出相主要為GP區(qū),在191℃下時(shí)效時(shí),有β″相出現(xiàn)。室溫二道次試樣在兩種溫度下進(jìn)行后時(shí)效時(shí),析出相主要為大量的GP區(qū)和少量的β″相,室溫三道次試樣在兩種溫度的后時(shí)效過程中,析出相主要為大量的GP區(qū)和β″相以及少量的β′相。(2)XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí),ECAP道次的增加提高了材料在后時(shí)效過程中析出相出現(xiàn)的速度和數(shù)量。同道次條件下,后時(shí)效溫度的提高會(huì)加速析出相出現(xiàn)的產(chǎn)生。同時(shí)效時(shí)間條件下,隨ECAP道次的增加,同道次材料在不同時(shí)效溫度下晶粒尺寸差距逐漸降低。高溫時(shí)效在加速應(yīng)變降低的同時(shí)也在加劇應(yīng)變降低的程度。(3)在同道次ECAP試樣的后時(shí)效處理過程中,在時(shí)效初期,高溫后時(shí)效處理總是比低溫后時(shí)效處理更快地使材料的晶粒粗化,位錯(cuò)密度降低。從總體時(shí)效過程來看,高溫時(shí)效會(huì)使材料的位錯(cuò)密度顯著低于低溫時(shí)效材料的位錯(cuò)密度。隨著ECAP道次的增加,位錯(cuò)密度降低的速率也在加快。在ECAP后的材料中,位錯(cuò)比晶粒尺寸對(duì)溫度的敏感性更高。(4)由TEM分析可知,經(jīng)ECAP處理后,材料中晶粒明顯細(xì)化,且分布并不均勻。ECAP后時(shí)效處理,材料中存在層錯(cuò)及位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)。短時(shí)低溫/高溫時(shí)效并不能使位錯(cuò)結(jié)構(gòu)大量消失。(5)6013鋁合金經(jīng)時(shí)效處理后,內(nèi)部存在β″相、L相和Q′相,占據(jù)主導(dǎo)地位的為β″相。ECAP后時(shí)效試樣中,析出相和位錯(cuò)的交互作用一直存在,且對(duì)材料的強(qiáng)化起到了至關(guān)重要的作用。(6)由顯微硬度實(shí)驗(yàn)可知室溫一、二、三道次ECAP試樣后時(shí)效峰值條件分別為110℃下30 min、10 min、1 min,峰值硬度分別為169.5 HV、176.4HV、175.7 HV。室溫二道次ECAP試樣后時(shí)效處理得到的硬度最高,較原始態(tài)提高了8.9 HV。材料變形程度的加深可以縮短材料達(dá)到峰值硬度的時(shí)間。(7)拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,后時(shí)效處理導(dǎo)致材料的塑韌性均有不同程度的提升。其中以室溫二道次ECAP試樣在110℃下時(shí)效1 min時(shí)伸長(zhǎng)率為最,高達(dá)37.4%。二道次材料的塑韌性普遍高于一道次材料的塑韌性,晶粒尺寸對(duì)于超細(xì)晶材料的塑韌性影響更大。(8)導(dǎo)電率實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)室溫二道次試樣在191℃下時(shí)效2 h時(shí)導(dǎo)電率最高,為41.8%IACS,較原始態(tài)提高了11.7%IACS。對(duì)于由大塑性變形獲得的超細(xì)晶材料而言,在時(shí)效初期,材料內(nèi)部的高密度位錯(cuò)和晶格畸變會(huì)引發(fā)析出相的快速出現(xiàn),導(dǎo)致材料的導(dǎo)電率出現(xiàn)階段性降低�？傮w而言,隨時(shí)效溫度提高和時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng),材料的導(dǎo)電率呈上升趨勢(shì)。(9)隨著ECAP道次的增加,位錯(cuò)強(qiáng)化在提高材料強(qiáng)度、硬度上的作用越加明顯,室溫二道次ECAP試樣的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到518 MPa。在整個(gè)時(shí)效過程中,析出相強(qiáng)化對(duì)強(qiáng)度的提高則逐漸不足以彌補(bǔ)細(xì)晶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化的缺失。
【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】：2017
【分類號(hào)】：TG379;TG166.3

【參考文獻(xiàn)】

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