Ce和Yb对Al-Mg-Si-Cu合金组织与性能的影响

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Al-Mg-Si-Cu合金由于具有密度低,良好的成形性、耐蚀性及焊接性,非常适用于汽车车身板的制造,是实现汽车轻量化的关键材料。因此本文通过调控和优化合金成分,制备出试验用铝合金铸锭,经过均匀化处理、挤压-拉拔加工工艺、固溶时效工艺后研究其性能的变化规律,并借助OM、SEM、HADDF-STEM、EDS、维氏硬度等分析测试手段,分别研究了不同Ce和Yb含量的添加对Al-Mg-Si-Cu合金微观组织和力学性能的影响,探究了稀土Ce和Yb在Al-Mg-Si-Cu的具体存在形式和强化机理。主要研究结论如下:(1)微量Ce和Yb元素对Al-Mg-Si-Cu合金铸态晶粒具有明显的细化作用,当Ce含量为0.4wt.%时,其平均晶粒尺寸大约为80μm,细化效果最好,合金的维氏硬度值最高,为58.8 HV,与基体合金相比,维氏硬度的增幅约为14.8%;Yb含量为0.6wt.%时,Al-Mg-Si-Cu合金铸态晶粒细化效果最好。(2)微量元素Ce对Al-Mg-Si-Cu合金的综合性能有明显的改善,当Ce含量为0.4wt.%时,Al-Mg-Si-Cu合金在170℃×12h时效后的综合性能最佳:合金的抗拉强度达到377 MPa,屈服强度达到321 MPa,伸长率为19.1%,与Al-Mg-Si-Cu合金相比,分别提高了22.4%,15.1%,21.6%。(3)微量元素Yb的添加对Al-Mg-Si-Cu合金的综合性能也有明显的改善,当Yb含量为0.6wt.%时,Al-Mg-Si-Cu-0.6Yb合金在170℃×15h的综合性能最佳:合金的抗拉强度达到358 MPa,屈服强度达到301 MPa,伸长率为18.2%,与Al-Mg-Si-Cu合金相比,分别提高了16.2%,7.9%,15.9%。(4)断口形貌分析表明:两种合金的断裂方式均是韧性断裂,Al-Mg-Si-Cu合金的断口韧窝大小不均,韧窝深度高低不一;而Al-Mg-Si-Cu-0.4Ce合金的断口韧窝细小均匀、韧窝深度也较均匀,第二相粒子分布在韧窝底部。Al-Mg-Si-Cu-0.6Yb合金的断口中的韧窝较多,且细小而均匀,韧窝的底部同样分布着细小的第二相粒子。(5)通过对Al-Mg-Si-Cu-Ce/Yb时效行为及强化机理的分析,Ce和Yb元素均在Al-Mg-Si-Cu合金组织中形成析出强化相,Ce元素在合金中形成Al8Si Ce和Al5Ce析出强化相,而Yb元素会在合金中形成Al2Si Yb析出强化相。
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