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作者：

冯佳妮

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摘要：

Al-Mg-Si-(Cu)合金是一类中等强度合金,具有加工成形性能优良、可热处理强化、密度低等优点,在汽车轻量化和节能减排等环保应用上有广泛的应用前景。本文从6xxx系铝合金在车身板的应用为出发点,采用显微硬度测试、拉伸试验,研究了预处理对不同合金元素的6×××铝合金的烤漆硬化特性的影响,再通过差示扫描量热仪(DSC)分析以及透射电镜(TEM)观察,研究了试样在经过各种处理后合金内析出规律的变化以及微观组织与力学性能之间的关系。具体内容包括三部分:1)预时效对Al-Mg-Si合金烘烤硬化特性的影响；2)预时效对Al-Mg-Si-Cu合金烘烤硬化特性的影响；3)预拉伸和预变形对Al-Mg-Si-Cu合金烘烤硬化特性的影响。研究主要结论如下:(1)经合适预时效处理的Al-Mg-Si(AA6016)合金在室温放置1个月后硬度可保持在65HV以下,伸长率可以保持在25%以上,再经短时间烤漆处理后其硬度和屈服强度分别可以提高至100HV和220MPa以上。与单级预时效处理后的合金相比,多级预时效处理后的铝合金烤漆前的力学性能更为稳定,烤漆后的硬度和强度更高。AA6016铝合金快速的烤漆强化效应与预时效处理后合金中形成的细小析出相在烤漆过程中快速长大有关。合金经预时效处理后铝基体内会形成非常细密且与基体完全共格的析出相,其长度约为2-3 nm,而经过烤漆处理后析出相沿A1显著增长,长度大于10nm。高分辨透射电镜分析显示烤漆后样品中形成的是具有单斜结构的针状GP区和β"前驱相。(2)预时效工艺可以有效抑制自然时效对Al-Mg-Si-Cu合金的不利影响,提高烘烤硬化特性。经预时效120℃或150℃处理一定时间的三种不同镁硅比的铝合金,在室温放置2个月后能保持烤漆前较低的屈服强度和较高的伸长率,而在经过短时间烤漆处理后屈服强度可提高80MPa～100 MPa。(3)预时效处理后,三种Al-Mg-Si-Cu合金(总含量接近,Mg/Si比分别为2,1,0.5)的烤漆硬化提升程度基本接近。通过合理的预时效工艺处理,高镁硅比合金的基本力学性能指标也可以与传统合金相当,并且在室温储存时性能十分稳定,烤漆性能保持时间更长；同时,该合金可以在热暴露条件下更长时间地保持较高的硬度值,具有更长的使用寿命及更高的服役安全性能。这为汽车车身用铝合金的化学成分设计提供了新的思路。(4)预拉伸对合金的自然时效硬化没有明显的抑制作用,但是通过引入位错,预拉伸或预变形工艺对于合金的烘烤硬化特性有一定提升。此外,预变形对镁硅比不超过1的合金更有利,同样的预拉伸处理,烤漆过程中镁硅比为0.5的合金比镁硅比为2的合金的屈服强度高将近50MPa。(5)在自然时效之前引入预拉伸,可以看到析出相在位错处有连续析出,而在预时效及自然时效后进行预变形的样品中位错处未见连续析出现象。样品在预时效过程中已经形成了稳定的核,位错主要充当运输原子的通道,促进基体中部分团簇更快转变为针状β"相,也促进了粗化析出相的形成。

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关键词：

Al-Mg-Si-(Cu)合金；析出相；预时效；预拉伸；预变形；烤漆强化；微观结构

DOI：

CNKI:CDMD:2.1017.253821

年份：

2014