6063铝合金的时效析出行为实验研究

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对6000系铝合金而言,自然时效对人工时效的作用一直存在争议。传统时效温度(175℃)下,当Mg和Si合金总含量高于1wt.%时,自然时效会抑制合金人工时效的峰值硬度(消极作用)。而当Mg和Si合金总含量低于1wt.%时,自然时效将会使合金人工时效的峰值硬度增加(积极作用)。但是对Mg和Si合金总含量高于1 wt.%合金,高温将会扭转自然时效对人工时效的消极作用。而相关机理还不明确,亟待深入研究。因此本文选取了经过不同自然时效处理的商用6063铝合金((Mg+Si)%~1wt.%),研究了人工时效温度对合金力学性能以及合金时效析出行为的影响。通过硬度分析、透射电子显微镜(TEM)对样品的力学性能以及微观组织进行表征,探究温度对合金峰值硬度的调控机理。通过原位电阻技术对样品时效过程中的电阻变化情况进行监测,描述合金时效过程中的微观组织演变过程。通过原子探针层析技术(APT)对短时人工时效样品的团簇进行了精确的表征,对合金在不同温度条件下时效的析出行为开展了深入的分析。实验结果表明,低温时效时自然时效会抑制人工时效析出相的沉淀过程,然而通过提高时效温度(≥175℃),该抑制作用可以被扭转为促进作用。根据APT实验结果分析,产生该现象主要机理为:对于经过自然时效的合金,低温时效时,团簇数量密度的降低以及团簇内部Mg/(Mg+Si)比值(Mg/(Mg+Si)~0.570)的改变会抑制了合金内主要析出相(如β"相)的形成。而高温时效时,团簇数量密度的增加以及团簇内部Mg/(Mg+Si)比值的改变(Mg/(Mg+Si)~0.430)促进了主要析出相(β"相)的形成。同时,高温降低了析出相的形核能垒,增加析出相的形核率。因此,自然时效团簇在该温度下可以促进合金中主要析出相的形核和长大。本研究工作有助于汽车生产行业了解商用6063铝合金室温停放效应以及人工时效工艺的相关内容,本研究中的相关数据以及理论基础对6063铝合金的生产及人工时效工艺具有重要的指导意义。
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