Al-Mg-Si合金累积叠轧制备同质片层异构材料性能及表征

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在工业化水平不断发展的大背景下,铝合金在各行各业都发挥了更为重要的作用。双辊铸轧技术(Twin Roll Casting,TRC)作为一种近终成形加工铸造手段,可实现短流程、低成本生产,被认为是新世纪冶金工业中极具潜力的革新技术之一。由累积叠轧工艺(Accumulative Roll Bonding,ARB)制备非均匀层状异构材料作为新兴结构材料,可突破传统强化机制强塑性难以兼顾的局限性,具有广阔的应用前景。近年来,对异种金属的层状异构材料已经进行了广泛的研究,但对于同质层状异构材料却鲜有报道。因此,本文以铸轧Al-Mg-Si合金为研究对象,通过累积叠轧技术成功制备出一种同质层状异构材料,并与传统累积叠轧方法制备的均匀层状材料进行了对比。在此基础上,提高变形温度,结合热轧与淬火工艺,进一步缩短工艺流程,同时研究了变形温度对此工艺的影响。本文的主要研究内容和主要结论如下:(1)本文采用双辊铸轧技术结合非对称浇注方法成功制备了Al-Mg-Si合金板材,通过调节辊缝得到了两种不同厚度的铸轧板材。具体的工艺参数分别为浇注温度690℃,铸轧速度8m/min,轧辊间隙2.25 mm和浇注温度700℃,铸轧速度10 m/min,轧辊间隙0.3 mm。研究了两种不同厚度的铸轧板材显微组织及力学性能差异。铸轧薄板由于冷却速度较快,二次枝晶臂间距更细小,中心偏析带明显减小。最终薄板的屈服强度和抗拉强度分别为184MPa和211MPa,延伸率为8%;厚板的屈服强度和抗拉强度为90MPa和152MPa,延伸率为23%。(2)基于双辊铸轧技术制备得到的两种不同厚度的Al-0.9Mg-1.4Si合金板材,在300℃下进行累积叠轧制备同质层状异构材料。累积叠轧过程中,由于两侧板材初始组织与性能差异,两侧板材在三个道次内经历了不同的应变路径。对累积叠轧板材进行固溶及人工时效处理后,由于初始组织差异,两侧的析出相尺寸及分布存在一定的差异,这种结构使得复合板材表现出较好的强塑性组合。(3)进一步提高累积叠轧温度,热变形与淬火工艺相结合,在550℃下进行累积叠轧制备同质层状异构材料。高温下两侧板材足够软化,两侧发生了相对均匀的变形,但两侧板材在变形过程中的回溶与动态析出存在差异。热轧-淬火一体化生产过程中冷却速率低于水淬,导致动态析出的发生,动态析出相尺寸较大,对强度贡献较小,这在一定程度上损害了后续时效性能。由于两侧板材的固溶度与析出相差异,复合板材具有较好的强塑性组合。综上,本文通过“双辊铸轧+累积叠轧”技术成功制备Al-Mg-Si合金同质层状异构材料,对其在不同的变形温度下显微组织演变及力学性能展开研究,并结合后续人工时效行为对该同质层状异构材料进行进一步研究。本文的研究结果提出了一种制备出同质片层异构复合板材的新方法,希望该工作可以为片层异构材料的制备提供新思路,扩宽结构板材等轻量化材料应用领域,为开发铝基层状异构材料及实现高效化生产提供依据。
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