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(guó)大眾鋁合金AS28的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)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(cè)試手段，針對(duì)元素Mg、si、Cu、Mn及微合金元素Zr對(duì)6082合金組織和性能的影響進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究

2、，并對(duì)所添加的元素在合金中的存在形式和作用機(jī)理進(jìn)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(shí)，170℃時(shí)效8小時(shí)后，合金基體上可以觀察到非常細(xì)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(duì)6082Al-Mg-Si合金在時(shí)效過程中電阻的連續(xù)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，6082合金在1

3、70℃、200℃、250℃時(shí)效過程中的電阻率均先呈現(xiàn)出快速增加的趨勢(shì)，達(dá)到最大值后，隨著時(shí)效時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)而逐漸降低。根據(jù)電阻率與新相轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)之間的線性關(guān)系得出在170℃、200℃、250℃下6082Al-Mg-Si合金時(shí)效初期的Avrami相變動(dòng)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(xì)研究了添加元素Cu對(duì)Al-Mg-Si合金時(shí)效析出過程的影響，并對(duì)元素Cu在合金微觀組織中的存在形式和作用機(jī)理進(jìn)行了探討

4、，應(yīng)用三維原子探針技術(shù)對(duì)合金在時(shí)效過程中各個(gè)時(shí)期析出相粒子成分的變化進(jìn)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(shí)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(jìn)了合金時(shí)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(kuò)散，含0.6％Cu的合金在170℃時(shí)效4小時(shí)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(rèn)為Q’

5、析出相僅在過時(shí)效狀態(tài)下才能觀察到，O’析出相對(duì)合金的時(shí)效硬化沒有作用。在170℃時(shí)效過程中，添加0.6％Cu的6082Al-Mg-Si合金的析出順序?yàn)椋甋SSS→GP區(qū)→針形β→板條形Q’。在250℃下進(jìn)行保溫的條件下，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，未添加Cu的合金硬度下降趨勢(shì)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(kuò)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(duì)6082合金力學(xué)性能、耐熱性能、組織等方面的影響，同時(shí)對(duì)不同含量Zr、Cr、Ti元素對(duì)工業(yè)純鋁再結(jié)晶溫度影響進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)度≥450Mpa，屈服強(qiáng)度≥415MDa，比原6082合金強(qiáng)度提高20％。所研制的鍛鋁合金材料在140℃1000小時(shí)的耐熱實(shí)驗(yàn)中力學(xué)性能均高于德國(guó)的AS28合金。在250℃下保溫9小時(shí)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(guó)大