5052含Er鋁合金均勻化退火及熱變形行為研究.pdf

1、5XXX系鋁合金屬于不可熱處理強(qiáng)化鋁合金，具備比強(qiáng)度高，耐蝕性、焊接性良好，容易加工成型等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸業(yè)中。隨著我國(guó)成為全球第一大汽車市場(chǎng)，節(jié)能減排的要求越來(lái)越高，汽車輕量化成為了每家汽車廠商追逐的目標(biāo)，而利用鋁合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼鐵成為了主要技術(shù)手段，所以對(duì)鋁合金的性能提出了更高的要求。然而，傳統(tǒng)的鋁合金板材的各向異性較為明顯，在相同變形條件下的成形性不如鋼板，這主要還是與合金的顯微組織有很大關(guān)聯(lián)。
　　5052鋁合金是

2、5XXX系鋁合金中應(yīng)用最廣泛的合金之一，對(duì)它的研究已經(jīng)相當(dāng)深入。本文以5052鋁合金為基礎(chǔ)，向其中添加微量稀土元素 Er進(jìn)行改性。采用光學(xué)金相顯微鏡(OM)、差熱分析(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、能譜分析(EDS)、熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)(Gleeble-1500D)、室溫拉伸實(shí)驗(yàn)和顯微硬度測(cè)試等技術(shù)手段分析不同的均勻化熱處理工藝對(duì)5052含Er鋁合金顯微組織，熱壓縮變形行為以及熱軋板材力學(xué)性能的影響，以期從中優(yōu)

3、化出一套合理的加工工藝，以獲得成形性良好的板材。
　　研究結(jié)果表明，鑄態(tài)5052含Er鋁合金的顯微組織由α-Al和分布在枝晶間呈漢字狀或針狀的富Fe相構(gòu)成，晶粒尺寸超過(guò)100um。稀土元素Er在合金中的存在形式一種是固溶于α-Al中，一種是形成了Al3Er、Al3(Er,Zr)和Al-Fe-Er等第二相。其中Al3Er、Al3(Er,Zr)在合金鑄造凝固過(guò)程中起到異質(zhì)形核劑的作用。
　　對(duì)鑄態(tài)5052含Er鋁合金進(jìn)行4種不同

4、制度的均勻化熱處理后，低熔點(diǎn)的非平衡共晶相基本發(fā)生回溶，未溶解的共晶相是Al3Fe和Al-Fe-Er等富Fe相，尺寸粗大而穩(wěn)定，在4種均勻化態(tài)下沒(méi)有明顯差異。采取(560℃/30h爐冷)單級(jí)均勻化退火后合金組織中分布著大量的桿狀β’-Al3Mg2和球狀A(yù)l3(Er,Zr)、Al3Zr相，但是分布、尺寸很不均勻。多級(jí)均勻化態(tài)合金組織中均沒(méi)有觀察到β’-Mg2Al3；雙級(jí)均勻化(560℃/30h+150℃/10h空冷)熱處理最有利于 Al3

5、(Er,Zr)、Al3Zr納米球狀相的彌散形核析出，平均粒子半徑僅14nm，數(shù)量密度20.3um-1，而當(dāng)?shù)诙?jí)均勻化溫度升至300℃后，Al3(Er,Zr)、Al3Zr等納米顆粒出現(xiàn)明顯長(zhǎng)大，數(shù)量有所減少(數(shù)量密度9.4um-1)。三級(jí)均勻化則是在原有的560℃/30h+150℃/10h雙級(jí)均勻化工藝后添加了一道300℃/10h均勻化退火工藝，一部分Al3(Er,Zr)與Al3Zr粒子長(zhǎng)大，形態(tài)也有球狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱硕贪魻睢?br>　　對(duì)4

6、種均勻化退火態(tài)的合金進(jìn)行熱等溫壓縮實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其高溫變形過(guò)程是一種類似于高溫蠕變的熱激活過(guò)程。流變應(yīng)力隨變形溫度的上升而減小，隨應(yīng)變速率的增大而升高。流變應(yīng)力σ、應(yīng)變速率ε?以及變形溫度T三者之間的關(guān)系可以用含有Z參數(shù)的Arrhenius方程加以描述，本文建立了4種狀態(tài)5052含Er鋁合金的熱變形本構(gòu)方程，求解了對(duì)應(yīng)的熱變形激活能。其中雙級(jí)均勻化(560℃/30h+150℃/10h空冷)態(tài)試樣的穩(wěn)態(tài)流變變形激活能最高(247kJ/mol)

7、，顯微觀察顯示該試樣在熱壓縮過(guò)程中僅發(fā)生了動(dòng)態(tài)回復(fù)，而在另外三種均勻化態(tài)試樣中，當(dāng)變形溫度為420℃，480℃時(shí)，心部就會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，軟化程度更好，所以熱變形激活能較低。
　　對(duì)4種均勻化退火態(tài)的5052含Er鋁合金進(jìn)行470℃高溫?zé)彳?，組織及力學(xué)性能均得到改善，當(dāng)軋制變形量達(dá)到59.1％后，板材發(fā)生較完全的再結(jié)晶，組織得到明顯細(xì)化，綜合力學(xué)性能全面提升。對(duì)比4種狀態(tài)合金最后一道次軋制完(變形量72.7%)的板材室溫力學(xué)性能，