新型Al-Mg-Si合金的研制及其組織性能研究.pdf

1、本論文在6082鍛造A1-Mg-Si合金基礎(chǔ)上，優(yōu)化了合金成分，通過添加合金元素Cu及微量合金元素Zr、Ti、Cr并結(jié)合合理的冶煉與熱處理工藝等手段，研制出一種新型的鍛造鋁合金材料。該新型鍛鋁合金材料及其所制備出的零件性能均超過德國大眾鋁合金AS28的力學(xué)性能標(biāo)準。同時本研究借助透射電鏡、高分辨電鏡、掃描電鏡及三維原子探針等微觀分析測試手段，針對元素Mg、si、Cu、Mn及微合金元素Zr對6082合金組織和性能的影響進行了較為系統(tǒng)地研究

2、，并對所添加的元素在合金中的存在形式和作用機理進行了探討。 通過電鏡觀察并結(jié)合能譜分析發(fā)現(xiàn)，6082合金經(jīng)過540Z：固溶處理1小時，170℃時效8小時后，合金基體上可以觀察到非常細小而且彌散分布的針狀β”析出相。6082合金經(jīng)過均勻化退火處理后，合金基體中析出許多AlMnSi粒子，通過高分辨電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，AlMnSi粒子晶格間距約為0.94nm。通過對6082Al-Mg-Si合金在時效過程中電阻的連續(xù)測量發(fā)現(xiàn)，6082合金在1

3、70℃、200℃、250℃時效過程中的電阻率均先呈現(xiàn)出快速增加的趨勢，達到最大值后，隨著時效時間的進一步延長而逐漸降低。根據(jù)電阻率與新相轉(zhuǎn)變體積分數(shù)之間的線性關(guān)系得出在170℃、200℃、250℃下6082Al-Mg-Si合金時效初期的Avrami相變動力學(xué)方程。 本研究借助透射電鏡、高分辨電鏡及三維原子探針詳細研究了添加元素Cu對Al-Mg-Si合金時效析出過程的影響，并對元素Cu在合金微觀組織中的存在形式和作用機理進行了探討

4、，應(yīng)用三維原子探針技術(shù)對合金在時效過程中各個時期析出相粒子成分的變化進行了系統(tǒng)地研究和分析。通過三維原子探針的元素分布圖可以明顯看出，添加元素Cu后，時效初期合金中形成了大量由Mg、Si、Cu三種元素組成的GP區(qū)，元素Cu的存在促進了合金時效初期GP區(qū)的形成，但并沒有改變GP區(qū)中Mg和Si的原子比率。通過Mg、Si、Cu原子的擴散，含0.6％Cu的合金在170℃時效4小時后，合金中的β”析出相逐漸轉(zhuǎn)變成了O’析出相。以往的研究則認為Q’

5、析出相僅在過時效狀態(tài)下才能觀察到，O’析出相對合金的時效硬化沒有作用。在170℃時效過程中，添加0.6％Cu的6082Al-Mg-Si合金的析出順序為．SSSS→GP區(qū)→針形β→板條形Q’。在250℃下進行保溫的條件下，隨著保溫時間的延長，未添加Cu的合金硬度下降趨勢比含Cu合金要明顯得多，這說明含Cu合金中所形成的Q’析出相粒子比未含Cu合金的β”析出相粒子有更好的耐熱性能。從三維原子探針成分深度圖中可以發(fā)現(xiàn)，在Q’析出相中，Cu原子

6、主要偏聚在Q’/α-Al的界面附近，Mg和Si原子則集中分布在Q’的中心區(qū)域。由于元素Cu較低的擴散系數(shù)，這樣的元素分布能夠阻礙和延緩Q’相的粗化。 本文研究了微合金元素zr對6082合金力學(xué)性能、耐熱性能、組織等方面的影響，同時對不同含量Zr、Cr、Ti元素對工業(yè)純鋁再結(jié)晶溫度影響進行比較和研究。結(jié)果表明，含zr合金比未含zr合金有高的耐熱性能，Al-Mg-Si合金加入元素zr后，其力學(xué)性能均有一定程度的提高。含zr合金中形成

7、的A13Zr粒子有利于提高合金的強度和熱穩(wěn)定性。在工業(yè)純鋁中添加元素Zr、Cr、Ti能夠有效提高工業(yè)純鋁的再結(jié)晶溫度。 本文所研制的新型鍛鋁合金材料其抗拉強度≥450Mpa，屈服強度≥415MDa，比原6082合金強度提高20％。所研制的鍛鋁合金材料在140℃1000小時的耐熱實驗中力學(xué)性能均高于德國的AS28合金。在250℃下保溫9小時后，耐熱性比6082合金提高10％以上。新型鍛鋁合金材料及其所制備出汽車零件性能均超過德國大