Al-Mg-Si-Cu系6005A合金的時效硬化行為及析出相的微觀結(jié)構(gòu)表征.pdf

1、作為可熱處理強化型鋁合金，Al-Mg-Si-Cu合金具有中等的強度、良好的耐蝕性、優(yōu)異的成形性以及較低的密度，目前已經(jīng)占有了世界鋁合金市場的大部分比例。良好的宏觀性能離不開合金的微觀組織結(jié)構(gòu)，而微觀組織結(jié)構(gòu)又和一些納米析出相的晶體結(jié)構(gòu)以及它們的相變過程緊密聯(lián)系在一起。從納米和原子尺度調(diào)控Al-Mg-Si-Cu合金的組織以及一些納米析出相的結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀和分布是實現(xiàn)其性能優(yōu)化的根本途徑和有效方法。
　　 本文選取Al-Mg-Si

2、-Cu系6005A合金擠壓型材為研究對象，采用常規(guī)的透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)和選區(qū)電子衍射(SADP)等技術(shù)手段，對6005A合金在線擠壓淬火態(tài)的組織和織構(gòu)、合金時效過程中的硬化行為及相變規(guī)律、納米時效析出相的微觀結(jié)構(gòu)以及析出相組織結(jié)構(gòu)對合金宏觀性能的影響等進行了系統(tǒng)的研究，目的是從原子和納米尺度加深對6005A合金性能和工藝的理解，為探索合金改性的新工藝和新思路奠定理論基礎(chǔ)。本文研究得出了如下主要結(jié)

3、論：
　　 (1)6005A合金擠壓型材晶粒呈纖維狀分布，平均尺寸在50μm左右，晶內(nèi)存在大量的Mg2Si相、少量含F(xiàn)e的AlFeMnMgSi相和含Mn、Cr的AlCrMnMgSi相；經(jīng)550℃/1h固溶處理，Mg2Si相大部分回溶，含F(xiàn)e和含Mn、Cr的相不能消除；主要存在黃銅型{110}<112>織構(gòu)和再結(jié)晶立方型{001}<001>織構(gòu)，經(jīng)固溶時效處理，其主要織構(gòu)并未發(fā)生明顯改變。
　　 (2)6005A合金經(jīng)單級

4、時效處理，175℃/12h達到硬度峰值，硬度為120Hv，峰值過后，β”相長時間存在于基體當(dāng)中，合金表現(xiàn)出明顯的抗過時效軟化能力，90h以后，硬度開始迅速下降；200℃時效，4h即可達到硬度峰值，硬度為113Hv，峰值過后，β”相迅速消失，合金出現(xiàn)明顯的過時效軟化。經(jīng)變溫時效處理，分別在100℃和2500C附近出現(xiàn)硬度峰值，對應(yīng)于一些團簇和GP區(qū)以及β”相的析出，其中，β”相為合金的主要強化相；160℃附近一些尺寸較小的團簇發(fā)生回溶使得

5、合金硬度有所降低。經(jīng)二次時效處理，合金18h可達到硬度峰值，硬度為127Hv，其中，中斷時效處理可以產(chǎn)生更多細小、彌散分布的GP區(qū)組織，為β”相的析出提供了更加充分的形核核心。
　　 (3)借助空位結(jié)合能和平衡相圖分析，發(fā)現(xiàn)在早期時效硬化過程中，Al-Mg-Si-Cu合金中的Si原子控制著Mg-Si共同團簇以及GP區(qū)的數(shù)量，并對合金的時效硬化過程起主導(dǎo)作用。結(jié)合TEM組織觀察，6005A合金的時效序列可以表示為：SSSS→Si-

6、空位對，Mg-空位對和富Mg原子團簇→富Mg原子團簇的溶解和富Si原子團簇→游離的Mg原子擴散到富Si原子團簇中→Mg-Si共同團簇→GP區(qū)→亞穩(wěn)的β”相→亞穩(wěn)的β’和Q’相→穩(wěn)定的β相和Q相。
　　 (4)HRTEM研究表明，β”相具有C-心單斜結(jié)構(gòu)，其點陣參數(shù)為：a=1.516nm，b=0.405nm，c=0.674nm，β=105.26°；β’相和Q'相均為HCP結(jié)構(gòu)，其中，β’相的點陣參數(shù)為：a=0.715nm，c=0.

7、405nm，γ=120°，Q’相的點陣參數(shù)為：a=1.032nm，b=0.405nm，γ=120°。
　　 (5)6005A合金中的三種主要析出相(β”、β’和Q’相)均具有12種變體，它們和Al基體的取向關(guān)系可以分別表示為：
　　 (010)β''//{100}Al，[001]β''//<310>Al和[100]β''//<230>Al；
　　 (0001)β'//{100}Al，[2110]β'//<310>

8、Al和[1210]β'//<110>Al；
　　 (0001)Q'//{100}Al，[2110]Q'//<510>Al和[1210]Q'//<110>Al。
　　 (6)提出了一個集HRTEM結(jié)構(gòu)表征、矩陣計算、衍射花樣模擬和極圖分析為一體的研究方法。利用這個方法可以很科學(xué)地去分析任何合金中任意一個析出相與基體之間的取向關(guān)系以及任意帶軸下復(fù)雜的SADP現(xiàn)象。據(jù)此，分別建立了6005A合金峰時效和過時效狀態(tài)下的[001]

9、Al帶軸下的SADP模型，并對時效過程中出現(xiàn)的一些“十字形”衍射斑紋現(xiàn)象做了合理解釋，即：峰時效狀態(tài)出現(xiàn)的“十字形”衍射斑紋來自于β”相的變體5～12在[304]β''和[1061]β''帶軸下的±1階衍射斑點；過時效狀態(tài)出現(xiàn)的“十字形”衍射斑紋主要來自于Q’相變體5～12在[1450]Q'和[3210]Q'帶軸下的衍射斑點。
　　 (7)TEM和SADP研究表明，沿Al基體的[001]Al方向析出時，β”相、β’相和Q’相均具

10、有3個不同的帶軸，即：[010]β''，[304]β''和[106]β”；[0001]β'，[1450]β'和[5410]β'；[0001]Q'，[1450]Q'和[3210]Q'。據(jù)此，分別對平躺和插入等不同方位的β”相、β’相和Q’相進行了詳細地HRTEM結(jié)構(gòu)表征，對β’相和Q’相中出現(xiàn)的moiré條紋做出了分析；同時，也發(fā)現(xiàn)一些內(nèi)部位錯的存在會使得析出相的界面位錯數(shù)量偏離理論計算值。
　　 (8)HRTEM研究表明，β''

11、相和Al基體基本上完全共格，具有2維方向的共格應(yīng)變場；β’相和Al基體的(200)Al面半共格，與(020)Al面非共格；Q’相和Al基體的(200)Al面基本共格，與(020)Al面半共格。共格性的差異引起了三個主要析出的強化效應(yīng)出現(xiàn)差異，從應(yīng)變場角度考慮，其強化順序可以表示為：β”相>Q’相>β’相。
　　 (9)根據(jù)界面控制生長理論，β”相沿其生長方向與Al基體基本共格，具有緩慢的粗化速度，易生長為針狀；β’相和Q’相分別