【正文】 鑄造鋁合金在鑄態(tài)下的機械性能往往不能滿足使用要求，通過熱處理的辦法可進一步提高鑄件的機械性能和使用性能。熱處理的目的大致有以下幾個方面：（1）充分提高鑄件的機械性能，保證一定的塑性，提高合金抗拉強度和硬度，改善合金的切削加工性能等；（2）消除由于鑄件壁厚不均勻、快速冷卻等所造成的內(nèi)應(yīng)力；（3）穩(wěn)定鑄件的尺寸和組織，防止和消除因高溫引起相變產(chǎn)生體積脹大現(xiàn)象；（4）消除偏析和針狀組織，改善合金的組織和機械性能。為了進一步提高鋁合金的強度，通常在零件成形后進行熱處理。由于鋁沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，故鋁合金的熱處理強化方法與鋼不同，鋁合金的熱處理一般多采用固溶+時效處理，通過固溶處理，使合金元素和第二相固溶于基體，并在隨后的時效處理中均勻析出細小的強化相，達到強化的效果。正是由于鋁合金的這種熱處理強化機理，并非所有的鋁合金都可以進行熱處理強化。當合金元素含量過低，在固溶處理時沒有合金元素和第二相溶入基體，在隨后的時效處理中就無強化相析出，譬如防銹鋁。 退火處理退火：產(chǎn)品加熱到一定溫度并保溫到一定時間后以一定的冷卻速度冷卻到室溫。通過原子擴散、遷移，使之組織更加均勻、穩(wěn)定，內(nèi)應(yīng)力消除，可大大提高材料的塑性，但強度會降低。 （1）鑄錠均勻化退火：在高溫下長期保溫，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷卻，使鑄錠化學成分、組織與性能均勻化，可提高材料塑性20%左右，降低擠壓力20%左右，提高擠壓速度15%左右，同時使材料表面處理質(zhì)量提高。 （2）中間退火：又稱局部退火或工序間退火，是為了提高材料的塑性，消除材料內(nèi)部加工應(yīng)力，在較低的溫度下保溫較短的時間，以利于續(xù)繼加工或獲得某種性能的組合。 （3）完全退火：又稱成品退火，是在較高溫度下，保溫一定時間，以獲得完全再結(jié)晶狀態(tài)下的軟化組織，具有最好的塑性和較低的強度。 固溶處理固溶淬火處理：將可熱處理強化的鋁合金材料加熱到較高的溫度并保持一定的時間，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到鋁基體中，形成過飽和固溶體，然后以快冷的方法將這種過飽和固溶體保持到室溫，它是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，因處于高能位狀態(tài)，溶質(zhì)原子隨時有析出的可能。但此時材料塑性較高，可進行冷加工或矯直工序。 （1）在線淬火：對于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用擠壓時高溫進行固溶，然后用空冷（T5）或用水霧冷卻（T6）進行淬火以獲得一定的組織和性能。（2）離線淬火：對于一些淬火敏感性高的合金材料必須在專門的熱處理爐中重新加熱到較高的溫度并保溫一定時間，然后以不大于15秒的轉(zhuǎn)移時間淬入水中或油中，以獲得一定的組織和性能，根據(jù)設(shè)備不同可分為鹽浴淬火、空氣淬火、立式淬火、臥式淬火。 時效處理時效：經(jīng)固溶淬火后的材料，在室溫或較高溫度下保持一段時間，不穩(wěn)定的過飽和固溶體會進行分解，第二相粒子會從過飽和固溶體中析出（或沉淀），分布在α（AL）鋁晶粒周邊，從而產(chǎn)生強化作用稱之為析出（沉淀）強化。自然時效：有的合金（如2024等）可在室溫下產(chǎn)生析出強化作用，叫做自然時效。人工時效：有些合金（如7075等）在室溫下析出了強化不明顯，而在較高溫度下的析出強化效果明顯，稱為人工時效。人工時效可分為欠時效和過時效。 （1）欠時效：為了獲得某種性能，控制較低的時效溫度和保持較短的時效時間。 （2）過時效：為了獲得某些特殊性能和較好的綜合性能，在較高的溫度下或保溫較長的時間狀態(tài)下進行的時效。 （3）多級時效：為了獲得某些特殊性能和良好的綜合性能，將時效過程分為幾個階段進行?？煞譃槎A段、三階段時效。 5 6000系鋁合金優(yōu)點及發(fā)展 6000系鋁合金優(yōu)點6000系的均勻延伸率s最大，說明6000系板材的極限變形程度最大。5000系的硬化指數(shù)n值最大，說明5000系板材的沖壓性能最好。板厚方向系數(shù)x則是鋼的最大。另外，杯突值m和1800彎曲半徑(0 t)都是鋼的最大。數(shù)據(jù)表明，鋁合金的沖壓成形性能與鋼相比，已基本上接近鋼的性能，甚至某些方面已超過鋼材，因此可以代替鋼材作為汽車車身板。而對于鋁合金來說，2000系抗蝕性，5000系的呂德斯線和桔皮效應(yīng)都不盡如人意，所以6000系鋁合金受到了關(guān)注。6000系鋁合金強度高，塑性好，具有優(yōu)良的耐蝕性，綜合性能好。6000系T4材的屈服強度和抗拉強度接近冷軋鋼板的值，n值大于或等于冷軋鋼板的n值。6000系合金是熱處理可強化合金，其強化相主要為Mg2Si。6000系合金的晶粒尺寸對屈服強度的影響不大。6000系合金板材沖壓成形后于175℃油漆烘烤，強度提高約150Mpa。6000系合金中，6009和6016具有非常相似的機械機械性能，T4態(tài)的屈服強度低，因此具有優(yōu)良的成形性能，但是油漆烘烤的強度較低，約為180MPa。6010油漆烘烤后的強度較高，但是屈服強度也比較高，這使成形性降低。6111的T4態(tài)的屈服強度約為150180MPa，油漆烘烤后屈服強度超過200MPa，顯然6111最初的成形性能和最終性能很好地結(jié)合。歐洲把具有優(yōu)良成形性能的6016合金作為主要的汽車車身板材，而美國則由于6111合金最終產(chǎn)品具有高的強度而把它作為主要的車身板材。 6000系鋁合金板材的研究現(xiàn)狀 科研工作者對AlMgSi基鋁合金做了大量的研究，研究工作主要集中在以下幾個方面：（1）對Mg2Si相析出過程及動力學的研究 Mg2Si相是6000系合金中的主強化相，它的大小和形狀對性能的影響極大。其一般過程為：過飽和固溶體原子叢聚區(qū)GP區(qū)(球狀) 相(針狀) 相(棒狀) 相。其中強化效果最好的為相，其次為相。Parsley等人首先提出了溶質(zhì)原子叢聚區(qū)，并用來解釋雙級時效行為，接著Dutra和Allen利用DSC證實時效過程中形成了溶質(zhì)原子叢聚區(qū)。最近Edwards等人找到了在70℃時效的過程中，Si原子叢聚區(qū)、Mg原子叢聚區(qū)、Mg原子和Si原子叢聚區(qū)出現(xiàn)的直接證據(jù)。6000系合金中抗拉強度對相與相的比率非常敏感口。許多科研人員對6000系合金時效過程中析出的過渡相的結(jié)構(gòu)和化學成分做了大量的研究。（2）合金元素對6000系合金組織和性能的影響Si和Mg是6000系合金中最重要的合金元素，它們形成了強化相Mg2Si，其平衡重量比為Mg: Si=。為保持最大的時效強化能力，合金中Mg、Si元素含量應(yīng)符合此關(guān)系。據(jù)研究，%Mg2Si,可使強度峰值增加5MPa,同時延伸率有少量增加。%初生硅，強度峰值增加1015MPa，%。另外，Si能提高鑄造和焊接流動性、耐磨性；Mg提高合金的抗蝕性和可焊性，但Mg含量過高則會降低Mg2Si在固溶體中的溶解度。Cu在AlMgSi合金中的作用在近幾年也成為研究的熱點，研究表明，AlMgSi合金中加入銅，相形核更為容易，相密度增加，使合金時效強化能力提高，同時CuAl2和CuMgAl2也參與時效硬化作用，使合金的強度更高，但是當Cu含量過高時，則會降低合金的抗蝕性。Mn和Cr的加入則會在AlMgSi合金中產(chǎn)生彌散相，抑制合金再結(jié)晶和產(chǎn)生彌散強化，使合金的強度提高，性能得到改善，微量的Cr能提高合金抵抗晶間腐蝕的能力。雖然國外對Si、Mg、Cu對合金的強度影響做了大量的研究，但是綜合分析Si、Mg、Cu對合金強度影響程度的大小則未見報道。Zr在7000系合金中能抑制再結(jié)晶，提高合金的強塑性，改善合金的橫向斷裂性能，但是未見有關(guān)Zr在AlMgSi基汽車車身板材中作用的報道。（3）熱處理工藝的影響AlMgSi變形鋁合金是熱處理可強化合金，合金成型后的熱處理制度對產(chǎn)品最終使用性能有著重要的影響，見圖51。圖51 熱處理制度對力學性能的影響 +180℃/30min 4. 150℃/5min 5. 150℃/5min+自然時效 6. 150℃/5min+自然時效+180℃/30min其中最主要的熱處理制度就是固溶時效處理。時效處理是熱處理的關(guān)鍵。由于板材在沖壓前不可避免地要存放一段時間，研究自然時效對合金性能的影響就十分必要了。自然時效使人工時效后合金的強度、硬度下降。而預(yù)時效則能減輕自然時效的有害作用。固溶后進行預(yù)拉伸可充分發(fā)揮6000系車身板的油漆烘烤效應(yīng)，使其在短時間烘烤達到峰值時效狀態(tài)。預(yù)拉伸一方面產(chǎn)生形變強化，另一方面增加相的密度，產(chǎn)生沉淀強化，預(yù)拉伸縮短了達到峰值硬度的時間，硬度值也有所提高。研究表明，6000系鋁合金經(jīng)5%預(yù)拉伸 + 自然時效 + 人工時效可獲得良好的綜合性能。（4）織構(gòu)對6000系合金成形性能的影響鋼板的成形性能總的來說優(yōu)于鋁合金的成形性能，這己被成形極限圖和其他成形性能實驗所證實。這主要是因為A1(fcc)和鋼(bcc)的織構(gòu)不同。因此可以通過采用合理的方法控制織構(gòu)來提高鋁合金的成形性能。織構(gòu)影響再結(jié)晶板材的塑性各向異性?？棙?gòu)通過影響成形極限圖來控制成形行為，但是這些關(guān)系并沒有完全被弄清楚。一些文章中反復提到，再結(jié)晶織構(gòu)中的Goose取向{011}100導致差的成形性能。但是，人們對再結(jié)晶A1板中的典型立方取向織構(gòu){011}100怎樣影響成形性能并無統(tǒng)一意見。鋁合金板材的成形性能主要由T4態(tài)板材中的再結(jié)晶織構(gòu)所控制。一般來說，為了提高板材的成形性能，應(yīng)該避免出現(xiàn)太強烈的再結(jié)晶織構(gòu)?？蒲腥藛T主要通過調(diào)整合金成分、加工工藝，熱處理工藝來控制板材的再結(jié)晶織構(gòu)。一些元素例如Fe和Mn能形成粗大的相，這些粗大相能提供非均勻形核位置而誘發(fā)成核，弱化再結(jié)晶織構(gòu)、細化晶粒。在520540℃固溶處理時，含Mn的第二相粒子能抑制晶粒長大。但是這些元素的含量過高的話則會降低成形性能，因此它們的含量應(yīng)該嚴格控制。在均勻化過程中，不溶的第二相粒子球化，一些溶解相，主要為Mg2Si，溶解在鋁中。均勻化的程度主要取決于退火溫度和退火時間，為了讓多數(shù)Mg2Si溶解，均勻化溫度應(yīng)該高于540℃。在低溫下預(yù)熱能溶解部分Mg2Si，所以在以后的熱加工中有害的Mg2Si沉淀相數(shù)量減少，使再結(jié)晶織構(gòu)弱化，提高了板材的成形性能和表面質(zhì)量。熱軋工藝參數(shù)例如軋制速度、出口溫度控制了熱變形過程中儲存的能量，熱軋后退火能有效的控制板材的織構(gòu)和表面質(zhì)量。固溶處理過程中形成的再結(jié)晶織構(gòu)受沉淀相的影響。大量細小彌散分布的Mg2Si質(zhì)點有利于立方再結(jié)晶織構(gòu)的形成。而立方再結(jié)晶織構(gòu)一般認為能提高板材的成形性能。對于6000系鋁合金，控制整個生產(chǎn)工藝中Mg2Si相的形狀、分布、密度成為獲得弱再結(jié)晶織構(gòu)和好的表面性能的主要措施之一。6 研究內(nèi)容及意義前面講到，6000系鋁合金具有良好的應(yīng)用前景，而且我們知道鋁合金的主要熱處理工藝就是固溶處理和時效處理。鋁合金作為汽車板材不斷地應(yīng)用于新車設(shè)計中以減輕其重量。為利用汽車車身涂裝烤漆加熱工藝，使合金時效強化。并考慮合金優(yōu)點，目前的研究主要集中在可時效硬化的6000系鋁合金上[1720]。但T4狀態(tài)的6000系鋁合金板材沖壓成車身構(gòu)件后，在170℃烤漆時，由于不能發(fā)揮合金的時效強化潛力，而且還有可能發(fā)生回歸現(xiàn)象，造成鋁合金車身板經(jīng)烤漆加熱后不能獲得時效強化[2123]。研究表明，AlMgSi合金的預(yù)時效不僅能改變其析出特性，而且對隨后的人工時效具有較大的影響[2428]。所以本文主要探討預(yù)時效對鋁合金的組織和力學性能的影響。本文的研究內(nèi)容主要有以下兩個方面：（1）軋制板材的成形性：通過測量擠壓板的拉伸性能，獲得擠壓板沿軋制方向，垂直于軋制方向，與軋制方向成45176。的拉伸性能，獲得板材成形性系數(shù)；通過對拉伸數(shù)據(jù)的回歸，獲得材料的加工硬化指數(shù)；可以方便的測得板材的屈強比。（2）不同熱處理工藝下的力學性能及顯微組織：通過對不同熱處理制度下的合金的力學性能的分析比較，以確定對本實驗最有價值的熱處理工藝；顯微組織觀察，利用電子掃描顯微鏡觀察不同熱處理工藝下組織差別，以便更好的對比不同熱處理工藝，并能夠獲得數(shù)據(jù)的微觀解釋。因為本論文的研究針對的是固定成分的鋁合金材料（經(jīng)改進后的6016），故而文章中不涉及材料成分的研究。Ⅱ 專題部分引言隨著城市輕軌、地鐵和汽車輕量化的發(fā)展，工業(yè)鋁合金板材的需求量越來越大。鋁合金由于具有高強度、高韌度、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、耐腐蝕、加工性好、易回收等特點，是現(xiàn)代社會所追求的、最有希望的金屬材料之一，廣泛應(yīng)用于交通、建材、航空、航天等民用及軍工領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中具有不可替代的重要作用。而6000系鋁合金更是由于具有強度高，塑性好，優(yōu)良的耐蝕性等優(yōu)點而成為近年來研究的熱點。研究熱處理工藝對鋁合金板材組織和性能的影響規(guī)律，從而擴大鋁合金板材應(yīng)用范圍是具備重要工程價值的研究課題。本文采用顯微硬度計、電子拉伸試驗機以及電子掃描顯微鏡等分析手段，系統(tǒng)地研究了一種具有新型成分的AlMgSi系鋁合金在不同熱處理工藝下的成形性和力學性能。1 分析測試方法 （1）常溫拉伸試驗（WDW20）（2）顯微維氏硬度測試（顯微硬度計 HXD1000TM/LCD）（3）光學顯微鏡（4）電子掃描顯微鏡2 本論文的實驗設(shè)計方案熱處理： ①固溶處理500550℃，2040min ②淬火，③風冷，④預(yù)時效80100℃,⑤預(yù)時效6070℃冷軋：，試樣A: 未處理試樣B: ①+②+④ 固溶處理500550℃，2040min，淬火，預(yù)時效80100℃試樣C: ①+②+⑤ 固溶處理500550℃，2040min，淬火，預(yù)時效6070℃試樣D: ①+③+④ 固溶處理500550℃，2040min，風冷，預(yù)時效80100℃試樣E: ①+③+⑤ 固溶處理500550℃，2040min，風冷，預(yù)時效6070℃汽車車身鋁合金板材成形過程：均勻化退火→熱軋→中間退火→冷軋→熱處理→沖壓成形→油漆烘烤。鋁合金板材分別在垂直于軋制方向（橫向），沿軋制方向（豎向），與軋制方向成45176。取拉伸試樣（斜向），拉伸試樣標距為50mm，寬度20mm，（橫向編號為11，豎向編號為12，斜向為編號13）。硬度每種試樣