6082铝合金热挤压工艺及其材料的组织与性能研究

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由于温室效应导致的全球气候问题日益严峻,采用轻质合金代替传统材料以实现交通工具轻量化,是降低能耗、减少排放的有效措施之一。6000系铝合金凭借其比强度高、塑性加工性能优异、可焊性和耐腐蚀性良好等优势,在汽车轻量化应用方面具有巨大的潜力。本文以汽车防撞梁用6082铝合金挤压材为研究对象,主要从均匀化、热挤压和热处理工艺等方面展开研究,探索6082合金挤压材组织调控和性能优化的方法。首先,对6082铝合金铸锭的组织和力学性能进行表征,并研究不同均匀化时间和均匀化温度对铸锭微观组织的影响规律;其次,采用上述铸锭进行热挤压试验,分析挤压温度和挤压比对挤压材微观组织和力学性能的影响规律;最后,对挤压棒材进行热处理试验,研究了热处理工艺对合金组织和性能的影响,主要结论如下:对铸锭的表征及均匀化试验结果显示,6082铝合金铸锭最佳的均匀化处理参数为560℃×6 h,此时合金中的Mg2Si相和Si相基本熔入基体,粗大且连续的β-Al(MnFeCr)Si相转变为球形或短棒状α-Al(MnFeCr)Si相,且未发生过烧;合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为193 MPa、123 MPa和13.3%,其伸长率相比铸锭提高了80%。热挤压试验结果表明,6082挤压棒材在425~525℃之间仅有部分晶粒发生动态再结晶,平均晶粒尺寸随挤压温度的升高而增大,随挤压比的升高而减小;不同挤压温度对于合金中粗大第二相的破碎作用相似,但在高挤压比下破碎作用较强。挤压棒材沿挤压方向有明显的<001>和<111>织构,其再结晶晶粒多为<001>织构,非再结晶晶粒多为<111>织构,随着挤压温度的升高,合金的变形织构逐渐减弱。挤压棒材的抗拉强度和屈服强度随挤压温度或挤压比升高而提高,在500℃以下时伸长率随挤压温度和挤压比变化不大,挤压温度到达525℃后伸长率大幅下降,在挤压温度为500℃、挤压比为39.1时制得的棒材,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为289 MPa、172 MPa和18.7%,较防撞梁挤压材样品的性能有较大提升。热处理试验结果表明,6082挤压棒材的单级峰值时效工艺为175℃×8 h,由于基体上析出大量针状β″强化相,合金的显微硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到了108.3 HV、353 MPa、323 MPa和12.4%。合金的最佳双速率时效工艺为:试样在炉温为150℃时入炉,以20 K/h的速度升温至175℃并进行保温,总时效时长4 h。此工艺有利于合金基体中析出更加细密均匀的β"相,从而起到更好的强化作用。在此工艺下,合金的显微硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为125.6 HV、405 MPa、381 MPa和9.8%。
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