多级时效对Al-Mg-Si合金析出行为和性能的影响

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铝合金材料在汽车上的应用对解决我国环境污染、能源短缺低下具有重要的意义,Al-Mg-Si合金因其具有中等的强度、成形性能好等特点,已成为汽车铝合金零部件的重要材料。Al-Mg-Si合金属于可热处理强化合金,其性能与合金在热处理过程中生成的析出相种类、大小和析出机制相关。理解合金在析出沉淀过程中析出相的演变过程,对提升合金的性能具有重要的意义。鉴于此,本文设计了四种热处理方式,对Al-Mg-Si合金的析出行为和力学性能进行了系统的研究,以期对不同热处理方式有深入的理解,充分挖掘材料的潜能和满足实际工程的应用。主要结论如下:(1)对研究所用的Al-Mg-Si合金热处理工艺进行优化,最佳的固溶和时效参数为550℃-4h,170℃-8h。通过SEM和EDS对其中的强化相进行检测,该合金中有颗粒状Mg2Si析出相和板条状的α-Al Mn Fe Si难溶相;合金固溶淬火后,在以10K/min升温过程中,DSC曲线明显有5个放热峰,分别对应Al-Mg-Si合金时效序列为:SSSS过饱和固溶体→镁硅原子团簇→GP区→β‘’→β’→β;(2)在最佳固溶时效参数下,TEM沿<001>Al方向观察Al-Mg-Si合金,析出相形貌以球形和针状为主。该合金析出机制为:时效早期以球状Pre-β‘’相为主,随着时效过程的进行,从球状Pre-β‘’里开始逐渐脱溶形成针状β‘’相,最后存在有Pre-β‘’相、β‘’相和β’相。(3)合金固溶淬火后,自然时效和低温60℃预时效会形成原子团簇或GP区,这些原子团簇在随后的时效过程中不稳定而溶解,消耗了时效析出动力,降低了合金析出速率和力学性能;经90和120℃高温预时效,能够在合金中较快地生成稳定的GP区,在后续时效过程中促进了强化相的析出,缩短了峰值硬度时间,提高了合金的硬度和抗拉强度。拉伸断口形貌表现为韧性断裂,在韧窝窝口周围出现大量的微韧窝,窝口大小呈现出不均匀性。(4)经170℃-30min+60℃-10h预时效处理生成大量且均匀分布的球状GP区,为后续终时效(170℃)做出了充足的准备。该时效方式在以上热处理方式中表现出最好的综合性能,不仅提升了合金的硬度和抗拉强度还提高了延伸率,且拉伸断口形貌呈等轴型窝口,窝口数量增多、韧窝尺寸和间距变小。
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