汽车车身用Al-Mg-Si-Cu合金中析出相演变和热处理工艺研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sosolinkweixiao
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
Al-Mg-Si-Cu合金由于具有中高等强度,良好的成形性及耐蚀性,且焊接性好,烘烤后表面质量高,热处理强化效应明显,是目前汽车车身轻量化的关键材料,广泛用于汽车车身的覆盖件,如车顶盖,后行李箱盖板,引擎盖及车门等。该合金主要通过热处理过程中形成一系列的具有纳米尺寸且弥散分布的析出相使合金获得强化,而理解这些析出相在热处理过程中的演变机制及其与合金性能的本征关系对于提高合金的性能具有重要意义。此外Al-Mg-Si-Cu合金应用在汽车车身上,需要使合金同时具有良好的成形性和烘烤硬化性,而达到这一性能要求需要在深入理解析出相演变机制的基础上对合金的成分和热处理工艺进行进一步优化。本研究以商用的AA6022铝合金为基础合金,设计了一系列不同Mg/Si比和Cu含量的Al-Mg-Si-Cu合金,主要采用透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、原子分辨率的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)、三维原子探针(3DAP)、硬度测试、拉伸测试、DSC热分析,结合第一性原理计算和蒙特卡洛模拟,系统的研究了(1)Al-Mg-Si-Cu合金中析出相的结构和成分演变机制;(2)合金成分对合金自然时效和人工时效过程中团簇和析出相的影响规律;(3)探索预处理工艺对合金自然时效和烘烤硬化性的影响,主要结论包括:(1)Al-Mg-Si-Cu合金180oC人工时效初期及峰值阶段形成的析出相(包括β″,Q″和L相)基本都为原子非周期性排列的无序结构析出相,这些无序析出相的内部分别包含β″,Q′和C单胞或亚结构。其中Cu cluster-like zones是构成Al-Mg-Si-Cu合金中含Cu析出相的稳定亚结构单元,对提高析出相的结构稳定性起到了重要作用。Cu cluster-like zones在析出相内扩散困难是导致析出相出现无序结构的根本原因。(2)合金时效过程中,无序结构的析出相会通过一系列有序化过程逐步转变为有序析出相,其中β″相会首先通过Cu原子的进入和Cu cluster-like zones的形成先转变为无序结构Q″相,Q″相再通过有序化过程转变为Q′相。Q″相的有序化主要包括Cu cluster-like zones的形成,Si网格的有序化和Cu网格的有序化三个阶段。而L相的有序化和转变过程非常缓慢,相比于Q′相,L相更容易以无序结构存在,且L相具有较强的强化能力和良好的热稳定性,可以有效提高合金的强度和热稳定性。在长期过时效后,所有的析出相(包括Q′,L/C相)都将转变为Q平衡相。Al-Mg-Si-Cu合金最新的析出序列应为SSSS→原子团簇→GP区→β″,Q″,L/C→Q′,L/C→Q,Si。时效过程中伴随着析出相的结构转变,析出相内的Mg,Si和Cu原子含量逐渐升高,而Al原子含量逐渐降低。(3)Al-Mg-Si-Cu合金的性能主要通过同时调控合金的Mg/Si比和Cu含量来控制。在自然时效过程中,过剩Si和Cu都可以提高合金的自然时效硬化速率,由于Si原子在自然时效时团簇(1)的形成起到主导作用,因而Si原子促进合金的自然时效硬化更为明显。人工时效时,对于低Cu合金,过剩Si合金的人工时效硬化效应高于过剩Mg合金,且Mg/Si比为1时,合金峰值硬度最高;而对于高Cu合金,过剩Mg高Cu合金具有更高的时效析出动力学和热稳定性,这是由于Cu和Mg原子之间强烈的相互作用使原子团簇细化,且过剩Mg和Cu的添加可以促进L相的形成,使合金具有良好的热稳定性。此外,在低Cu合金中自然时效的有害作用随Mg/Si比的增大而增加,而在高Cu合金中,自然时效的有害作用与Mg/Si比无关。(4)新设计的过剩Mg高Cu合金与目前商用的6022铝合金相比,不仅具有较低的T4态屈服强度,而且在人工时效过程中具有更高的析出动力学,烘烤硬化性和热稳定性,且对耐蚀性影响不大,在汽车车身板的应用上具有巨大潜力。(5)预时效在较大的温度范围内(80oC-170oC)均能有效抑制合金的自然时效并提高合金的烘烤硬化性。预时效过程中形成的团簇(2)可以有效抑制自然时效过程中团簇(1)的形成,在人工时效时团簇(2)能够很容易的转化为β″相,促进合金的烘烤硬化效应。本研究中最佳的预时效工艺为100oC-3h,该工艺在显著提高合金烘烤硬化性的同时,使合金具有较低的T4P态屈服强度。相比于预时效,中断淬火工艺在抑制合金自然时效,提高烘烤硬化性的同时,可以大幅加速合金预处理的效率。本研究中最佳的中断淬火工艺为100oC-45min,合金性能与预时效100oC-3h合金相似,但预处理时间大幅缩短。但是中断淬火工艺容易导致合金晶界附近出现粗大的淬火诱发第二相和晶间无析出带,对合金的断裂韧性造成不利影响。(6)预变形工艺虽然可以通过形成位错抑制合金的自然时效,并促进β″相的非均匀形核,但是其在T4态会产生加工硬化现象,损害合金的成形性。新开发的高温预变形工艺可以有效解决预变形工艺T4态硬度高的问题,并进一步提高合金的烘烤硬化效应。
其他文献
经过多次修改,今年8月被称为史上最严的“限抗令”——《抗菌药物临床应用管理办法》(以下简称《办法》)正式出台,这是对长期以来抗菌药物临床应用管理实践经验的提炼和固化,其发
传统的平面设计和印刷有很大的关系,而在新思想、新技术、新材料不断涌现的今天,平面设计已经突破了与印刷有关的二维设计媒体的束缚朝多维空间扩展,平面设计的跨维现象越来
"绿色福利"布满房前屋后深冬时节,大屏山上仍是绿树环绕、花团锦簇,烟雾缭绕下宛若仙境。徜徉其间的人们,吸一口清香沁脾的空气,尽情享受着看得见、摸得着的绿色生态。仰首望蓝
加快形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局,内外循环的贯通点可归结于产业链的固基升级上。提升北京产业链现代化水平,固链强链关键要发挥科技创新引
从镜像叙事、循环论时间观念的文本显现、多种叙事模式的交叉运用等三方面对铁凝的“三垛”进行叙事学解读,发现铁凝的“三垛”蕴含着丰富的叙事策略。由于独特的叙事策略的
文化兴则国运兴,文化强则国运强,中华民族五千年的发展史充分验证了这一亘古不变的道理。新时代,坚定文化自信,推动社会主义文化繁荣昌盛,首先就要回到历史深处,对传统时期文
《辽宁省社会主义学院学报》是由中共辽宁省委党校(辽宁行政学院、辽宁省社会主义学院)主管主办的统战理论研究为主的政治类人文社会科学理论季刊,是辽宁省内唯一侧重统战理
本文旨在运用视觉识别系统的理论进行相关案例分析,指出我国报纸版面的局限性。坚持"以人为本"的理念,开启"精品阅读"的新思路。
杨瑞洪的油画作品,借助西画的技法,表达了国画的意趣。他对油画之所以有这样的理解,主要原因是生长环境、工作艰辛、求学经历的滋养。
日前,笔者在砀山县早熟梨主产区的葛集镇、园艺场、良梨镇、官庄坝镇等了解到,今年该县1.3万hm^2早熟梨“翠玉”“绿宝石”“黄冠”等品种陆续成熟上市,目前市场上销售的单果