材料合成與制備結(jié)課論文-新型6xxx系鋁合金板材熱加工工藝和成分優(yōu)化及其相關(guān)機(jī)理研究(編輯修改稿)
2025-07-12 06:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的影響。 經(jīng)熱處理 (如 :T T T8)的 6xxx系鋁合金板材，能夠很好地滿足汽車對殼體的要求，用做車身框架材料。 T4態(tài)的 6xxx系合金板材屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度接近冷軋鋼板的值， n值大于或等于冷軋鋼板的 n值 [18]。目前，國外鋁制車體大型材用鋁合金主要采用 6xxx系列合金，如 600 60 611 6181A等，美國汽車制造商多選用具有較高強(qiáng)度的 6111，歐洲更多采用具有較好成形性能的 6016[19]。日本為了使型材達(dá)到緩沖目的、增加抗沖擊強(qiáng)度，十分注重使用 6xxx系合金的 “ 口 ” 、“ 日 ” 、 “ 目 ” 、 “ 田 ” 字形狀的薄壁和中空型材 [20]。這種復(fù)雜斷面形狀的鋁合金型材，不僅具有重量輕、強(qiáng)度高和抗沖擊性好等特點(diǎn)，而且具有很好的擠壓成型性能，容易制作，所以在汽車上將得到廣泛應(yīng)用。德國 VAW、日本 KOK、中國西南鋁加工集團(tuán)均以此合金為基礎(chǔ)產(chǎn)生了車體大型材。 伴隨著汽車輕量化技術(shù)的不斷發(fā)展以及國家出臺相關(guān)的新能源政策，作為汽車輕量化技術(shù)重要組成部分的汽車用鋁合金板材的應(yīng)用前景將十分廣闊。綜合所述， 6xxx 系鋁合金板材以其良好的綜合性能而成為發(fā)展汽車車身用鋁合金板的重要趨勢。因此，目前對于高成形性能的 6xxx 系汽車車身用鋁合金板材的研究熱 度也越來越高。 6xxx 系鋁合金的時效析出行為 合金的強(qiáng)度主要依靠的是基體與沉淀相組織，它們是決定合金強(qiáng)度的主要因素。在固溶處理后的時效過程中，會不可避免地存在一些亞穩(wěn)的沉淀中間相析出，從而使 AlMgSi系合金的脫溶析出過程較為復(fù)雜。一般認(rèn)為其主要的析出序列為：過飽和固溶體 (SSSS)→團(tuán)簇 /GP ″ ′ [21][24][25]。然而，當(dāng)少量的 Cu元素或過剩的 Si元素加入到 AlMgSi系合金中以后，其脫溶時效析出序列將變?yōu)椋哼^飽和固溶體 (SSSS)→團(tuán)簇 /GP區(qū)→β ″ 相→β ′+U1+U2+B′/Q′相→β +Q相 [26][27][28]。其中團(tuán)簇和 GP區(qū)是球形，和基體完全共格，并在后續(xù)的時效過程中，可以作為β ″ 相的形核位 [21] ″ 相通常具有 3個 100Al方向的針狀形貌，一般是 6xxx系鋁合金最主要的強(qiáng)化相 [29][30]；而β ′, U1, U2, B′/Q′ 相的形貌一般具有棒狀或板狀 [23]。其中 Mastuda等人 [22]在含過剩 Si的合金中也將 U1, U2和 B′ 相分別稱為 TypeA, TypeB和 TypeC ′ 相同時從鋁基體中析出；而亞穩(wěn)的 Q′ 相則往往只出現(xiàn)在 AlMgSiCu系合金中，它具有和 B′ 相基本相同的點(diǎn)陣參數(shù)，但成分略微有點(diǎn)差別，其主要差異在于是否存在 Cu原子 [27]；最終，從 AlMgSiCu CaF2類的面心立方 (fcc)的晶體結(jié)構(gòu)，而 Q相這具有 Th7Si類的六方 (hcp)的晶體結(jié)構(gòu) [31][32]。 3 實(shí)驗(yàn)研究方法 研究思路 研究通過改變熱加工工藝來調(diào)控不同尺度和形狀的富鐵相粒子在鋁基體中的分布密度，進(jìn)而改善 AlMgSiCu(Zn)合金的成形性能。確定了一種較佳的熱加工工藝之后，又進(jìn)一步研究了通過優(yōu)化合金成分來使富鐵相粒子的尺寸和形貌更加細(xì)小，分布更加均勻，從而為制備出成形性能良好的 6000系板材提供一定的依據(jù)。 合金顯微組織觀察 金相 (OM)組織觀察 金相試樣使用不同粗細(xì)的砂紙進(jìn)行逐級打磨，每更換一次砂紙試樣旋轉(zhuǎn) 90176。 ，并且力度減小一級，最后用 2021砂紙將打磨好的試樣分別使用 石拋光膏進(jìn)行機(jī)械拋光。直到顯微鏡觀察無較為明顯的劃痕，即可使用 keller試劑 (體積配比為 HF:HCl:HNO3:H2O=1:::95)30s至 3min。最后合金板材在不同狀態(tài)下的晶粒尺寸、晶內(nèi)及晶界析出相的金相組織觀察是在 Axio Imager A2m金相顯微鏡下進(jìn)行的。 掃描電子顯微鏡 (SEM)觀察及能譜分析技術(shù) (EDS) 掃描試樣的制備和金相試樣的制備大體一致，合金的組織形貌觀察和物相鑒定是在帶有 DX4型能譜儀能譜儀 (EDS)的 ZEISSSUPRA55場發(fā)射掃描電子顯微鏡上進(jìn)行的，加速電壓為 20 kV，利用二次電子圖像 (SE2)和背散射圖像 (AsB)模式以觀測不同狀態(tài)下的組織形貌及析出相。 透射電子顯微鏡 (TEM)觀察 透射樣品的制備過程如下：通過線切割切取 1515的正方形方片，然后再讓線切割減薄至 700800μm。之后通過 2 400、 800、 1500、 2021砂紙機(jī)械減薄至 100μm左右。在砂紙打磨樣品的過程中注意每隔一段時間對樣品旋轉(zhuǎn) 90176。再繼續(xù)打磨，且在打磨時手要平穩(wěn)，用力均勻，砂紙要經(jīng)常用水清洗。最后將用沖孔器制成的直徑為 3mm的小圓片使用 2021的砂紙輕輕打磨掉毛刺，再用把樣品泡在甲醇溶液里超聲波清洗 35min。隨后 φ3的樣品在 MTP1A雙噴減薄儀進(jìn)行雙噴電解減薄。雙噴液的配比為 30%（體積分?jǐn)?shù)） HNO3和 70%（體積分?jǐn)?shù)） CH3OH混合溶液，雙噴時利用液氮把溫度控制在 25℃ ~30℃，電壓為 15~20V，電流為50~70mA。 圖 31 MTP1A 雙噴電解減薄儀的工作原理 通過雙噴減薄獲得的樣品將使用配有 EDS 能譜分析的 Tecanai G2 F20 STWIN型場發(fā)射透射電子顯微鏡觀察合金顯微組織形貌及析出相 HRTEM表征，操作電壓 200kv，微觀組織的形貌和 HRTEM圖像是在是在 [001]Al帶軸下獲得的。 高分辨透射電子顯微分析 使用 Gatan 公司開發(fā)的 HRTEM 照片做快速傅立葉 (FFT)轉(zhuǎn)換，然后對 FFT圖像進(jìn)行濾波處理已消除噪音，之后對其進(jìn)行反快速傅立葉 (IFFT)轉(zhuǎn)換，從而得到周期性較強(qiáng)的圖像信息。 晶胞結(jié)構(gòu)建立及衍射斑點(diǎn)模擬分析 通過查找文獻(xiàn)資料，得到 Al 基體以及相關(guān)析出相的晶體參數(shù)，再使用CrystalMaker 軟件分別建立晶胞結(jié)構(gòu)，再使用 SingleCrystal 軟件模擬其在特定帶軸下的衍射斑點(diǎn)。 拉伸性能測試 依據(jù) GB/T 3076 與 GB/T 228， GB/T 5027 以及 GB/T 5028 標(biāo)準(zhǔn)，對合金板材的拉伸性能，塑性應(yīng)變比 r 值以及應(yīng)變硬化指數(shù) n 值進(jìn)行測試，拉伸試樣的 3種不同尺寸規(guī)格如圖 32 所示，所用設(shè)備為 MTS810 電液伺服萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，測試時拉伸機(jī)的拉伸速率為 3~。合金板材 T4P 態(tài)力學(xué)性能測試在沿與軋向成 0176。、 45176。、 90176。三個
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