【摘 要】
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6xxx系铝合金具有较高的比强度、良好的成型性和耐蚀性,被广泛用于汽车车身覆盖件和底盘零部件等部位。为保障乘车人员的安全,车辆的安全性至关重要。由于车辆底盘部位的服役环境极为复杂和恶劣,材料的强韧性和耐疲劳服役性能至关重要。目前,我国自主知识产权的高性能车用铝合金材料的开发仍处于初步阶段,在应用需求量和材料性能方面同国外发达国家均有明显差距,这严重制约了我国汽车工业的发展。因此亟需开发一种具有高强
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6xxx系铝合金具有较高的比强度、良好的成型性和耐蚀性,被广泛用于汽车车身覆盖件和底盘零部件等部位。为保障乘车人员的安全,车辆的安全性至关重要。由于车辆底盘部位的服役环境极为复杂和恶劣,材料的强韧性和耐疲劳服役性能至关重要。目前,我国自主知识产权的高性能车用铝合金材料的开发仍处于初步阶段,在应用需求量和材料性能方面同国外发达国家均有明显差距,这严重制约了我国汽车工业的发展。因此亟需开发一种具有高强韧性和高服役性能的新型6xxx系铝合金。研究表明超细亚晶组织可有效改善合金的强韧性和耐疲劳性能。铝合金层错能较高,其高温变形机制以动态回复为主,这为获得亚晶提供了前提条件。铝合金中的纳米级α-Al（MnFe）Si弥散相可有效抑制位错和亚结构的迁移,是细化亚晶的有效手段。本课题通过控制纳米级α-Al（MnFeCr）Si弥散相及热变形工艺优化获得超细亚晶组织,进而提高合金的综合力学性能。主要研究内容分为三部分。首先通过热力学模拟软件对新型Al-Mg-Si-Cu合金中的Mg、Si、Cu、Mn和Cr元素含量进行计算和优化。其次通过对优化后的新型Al-Mg-Si-Cu合金进行热压缩实验来研究弥散相对合金热变形行为和成型性能的影响,并分析合金在热变形过程中的变形机制以及微观组织演化规律。最终通过挤压和锻造两种变形工艺制备超细亚晶组织并结合时效析出相协同作用来同时提升材料的强韧性和耐疲劳性能。本课题成功地开发了性能远超商用6082和6061合金的新型高性能Al-Mg-Si-Cu 铝合金。主要研究结论如下:（1）计算优化的新型合金成分为:Mg含量控制在0.9 wt.%,Si含量为1.1 wt.%,Cu含量为0.6 wt.%以下,Mn和Cr的总含量不超过0.9 wt.%,Mn/Cr比为1.5。（2）经过均匀化热处理后新型Al-Mg-Si-Cu合金中析出130 nm左右的高体积分数的α-Al（MnFeCr）Si弥散相,显著提升了新型Al-Mg-Si-Cu合金的流变应力和热变形激活能。（3）新型Al-Mg-Si-Cu合金的变形激活能受变形参数影响,存在明显的变形困难区,分布在350℃～450℃和10-1 s-1～100.5 s-1的区域。其加工安全区域主要在430℃～550℃的所有变形速率区间。其失稳区域则分布在300℃～430℃的所有变形速率区间。（4）α弥散相可有效抑制新型Al-Mg-Si-Cu合金的动态再结晶,其主要软化机制为动态回复。（5）采用修正后的Orowan强化公式计算了 α-Al（MnFeCr）Si弥散相在不同温度下对流变应力的贡献（Δσor）。在此基础上对Z参数进行了修正,可准确预测亚晶粒尺寸。（6）热挤压后的新型Al-Mg-Si-Cu合金中含有大量亚晶,尺寸约为6.4×4.6 μm2。合金的机械性能经在180℃×6h的人工时效热处理后达到峰值,此时屈服强度达到406 MPa,抗拉强度高达427 MPa,断后延伸率为9.7%,疲劳强度在130MPa以上。
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