汽車板用新型鋁合金微合金化組織與性能的研究.pdf

1、鋁合金具有密度輕、比強度高和可抗沖擊性好等優(yōu)點，且易于加工成形和回收再利用，已成為汽車輕量化的首選材料。為加快推動汽車輕量化和環(huán)保化轉(zhuǎn)型發(fā)展，鋁合金板材在汽車上的應(yīng)用已成為一種必然趨勢。本課題依據(jù)AA6010合金基礎(chǔ)成分，設(shè)計五種成分Al-Mg-Si-Cu合金進行微合金化研究。通過液態(tài)鑄造、熱擠壓成型、異步熱軋等工藝制備Al-Mg-Si-Cu合金材料。利用等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP)、能譜儀(EDS)和X射線衍射儀(XRD)檢測化學(xué)

2、成分及物相組成。采用光學(xué)顯微鏡(OM)和掃描電鏡(SEM)觀察顯微組織和斷口形貌。通過背散射電子衍射(EB SD)技術(shù)進行晶粒分析和織構(gòu)研究。
　　Al-Mg-Si-Cu合金鑄態(tài)組織包括α-Al9Fe0.84Mn2.16Si、β-Al9Fe2Si2、Mg2Si、Al1.9CuMg4.1Si3.3和初生Si等，復(fù)合添加Ce和Er后析出稀土相。經(jīng)520℃/12h均勻化退火，β-Al9Fe2Si2不完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣?A19Fe0.84Mn2

3、.16Si，Mg2Si和Al1.9CuMg4.1Si3.3及(α-Al+Mg2Si+Si)共晶體溶解，均勻析出針狀或顆粒狀第二相質(zhì)點。退火態(tài)維氏硬度隨成分變化趨勢與鑄態(tài)一致，且較鑄態(tài)明顯降低。
　　鑄態(tài)組織在熱擠壓時被破碎，且沿擠壓流線分布。Al-Mg-Si-Cu合金熱擠壓過程發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，再結(jié)晶晶粒分布于形變組織間隙，顯微組織呈條帶狀結(jié)構(gòu)。形變織構(gòu)主要有Brass、S和{111}//ND，再結(jié)晶織構(gòu)主要有Cube、Goss和P

4、。Cu促進{011}//ND織構(gòu)演變和Cube織構(gòu)形成。隨Cu含量增加，Al-Mg-Si-Cu合金的強度提高，塑性降低。復(fù)合加入Ti和Zr能細化條帶狀組織，增強P和F織構(gòu)，抑制Cube織構(gòu)，其合金屈服強度顯著增加。復(fù)合加入Ce和Er能消除條帶狀組織，抑制Brass織構(gòu)向P織構(gòu)轉(zhuǎn)變，促進Goss織構(gòu)形成，其合金屈服強度和斷后伸長率均增加。Al-Mg-Si-Cu合金熱擠壓態(tài)斷口形貌為等軸狀韌窩，其塑性變形能力良好。
　　經(jīng)異步熱軋，A

5、l-Mg-Si-Cu合金顯微組織呈拉長纖維狀，沿軋制方向交替分布，為典型帶狀組織。亞結(jié)構(gòu)與軋制方向約呈45°分布，動態(tài)再結(jié)晶晶粒分布于帶狀組織間隙。T6熱處理后（580℃/1h固溶+180℃時效），組織為扁平狀回復(fù)晶粒和再結(jié)晶晶粒。隨軋制溫度或總變形量增加，T6態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象越明顯。軋制溫度450℃和總變形量75％時，其軋制工藝效果最優(yōu)。AA6010-0.4％Cu合金T6態(tài)晶粒最細小均勻，其板材抗拉強度可達400MPa，斷后伸長率約18％

6、。T6態(tài)拉伸仍為塑性斷裂，斷口形貌呈層片狀或韌窩狀。180℃時效前期，Al-Mg-Si-Cu合金硬度增加迅速，約3h達時效峰值，且峰值硬度隨Cu含量增加而增加。復(fù)合加入Ti和Zr可進一步提高峰值硬度。復(fù)合加入Ce和Er能顯著加速時效，峰值時間可縮短至1h，但峰值硬度略有降低。Al-Mg-Si-Cu合金峰值時效強度隨Cu含量增加而提高，AA6010-0.6％Cu合金屈服強度與抗拉強度分別為370MPa和410MPa，斷后伸長率為17.9％

7、。復(fù)合加入Ti和Zr后，其抗拉強度提高到420MPa。復(fù)合加入Ce和Er后，合金強度和斷后伸長率均有增加。
　　Al-Mg-Si-Cu合金T6態(tài)織構(gòu)組分有Cube、CubeND(H)、Brass、CubeND({001}＜310＞)、{110}＜011＞和F等織構(gòu)。隨Cu含量增加，CubeND織構(gòu)沿{001}面演變，{110}＜110＞織構(gòu)演變?yōu)镻織構(gòu)。Cube帶和PSN再結(jié)晶形核機制加強，但仍以剪切帶形核為主。Ti和Zr復(fù)合添加