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《郑州大学》 2011年
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Sr及热处理工艺对Al-Mg-Si-Cu合金板材织构的影响

陈海军  
【摘要】:减轻自重以降低能耗、减少污染、提高效率已成为汽车发展的一个趋势,这使得可热处理强化的Al-Mg-Si-Cu合金作为汽车车身板用材得到了广泛的关注。合金经热轧、冷轧、热处理后,进行冲压成形,并在随后的喷漆烘烤过程中产生时效强化。此时板材的组织对车身板的成形性能、拉伸性能及使用性能会产生影响,如何利用微合金化及适当的热处理来改变板材的内部组织从而使板材具有适宜的力学强度与优良的成形性能组合,并在成形后经过时效处理达到理想的强度要求,是材料工作者一直追求的目标。本文在Al-Mg-Si-Cu合金的基础上,通过调整合金中Sr含量、在轧制过程中对合金进行热处理并在固溶处理后进行预时效处理,采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及电子背散射衍射(EBSD)等分析手段,系统研究了不同试验条件对织构组成及性能的影响,得出织构组态与合金性能之间的关系,为实际生产提供指导。 (1)Sr对Al-Mg-Si-Cu合金组织及性能的影响 对2.5mm厚板材的织构研究表明,在合金中加入Sr不改变织构的基本类型,但改变织构的取向密度f(g)。当合金中不含Sr或含0.033%Sr(质量分数,下同)时,最大取向密度出现在{011}211取向附近;当合金中含0.093%Sr时,最大取向密度出现在{112}111取向附近。 不含Sr合金中,主要有旋转立方织构和面织构,体积百分数分别为21.2%和38.8%(体积百分数,下同)。Sr含量为0.033%合金的织构特征与不含Sr合金的织构特征无明显差别,只是各织构组分含量略有下降,体积百分数分别为18.7%和35.6%。Sr含量为0.093%合金的织构特征与前两种合金的织构特征明显不同,旋转立方织构及面织构的含量分别为0.024%和1.2%。 对1.0mm板的织构研究表明,不含Sr合金中存在很强的{011}122P取向和较强的{124}211S1取向;含0.033%Sr合金中存在较强的接近于{011}011的取向和很强的{112}111Cu取向、{011}211B取向;含0.093%Sr合金中存在{011}111取向和较强的{123}634S3取向、{011}211B取向。 添加0.033%Sr后,合金的抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、断后伸长率A、应变硬化指数n值、塑性应变比r值及杯突值IE分别为360MPa、200MPa、23.3%、0.296、0.729及8.13mm。 分析织构与性能之间的关系可知,在Sr含量为0.033%的合金中轧制织构与再结晶织构的相对比例为0.02,随机量为76.4%,合金的力学性能及成形性能最好。当Sr含量达到0.093%时,轧制织构与再结晶织构的比例达到1.97,合金的力学性能及成形性能最差。这表明较小的轧制织构与再结晶织构的相对比例有利于提高板材的性能。 (2)中间退火对Al-Mg-Si-Cu合金组织及性能的影响 对2.5mm板的织构研究表明,轧间不进行热处理、进行350℃热处理1h的合金中,两种合金所含有的织构类型一样,主要为R-Cube{001)110取向及强度较弱的B、S、C取向。而经510℃热处理1h的合金中的R-Cube取向及B、S、C取向的强度比前两种合金中相应织构的强度要低。轧间不进行热处理合金的旋转立方织构及面织构的体积百分数分别为21.2%及38.8%,进行350℃热处理1h合金的旋转立方织构及面织构的体积百分数分别为19.8%及37%,进行510℃热处理1h合金的旋转立方织构及面织构的体积百分数分别为13.7%及31.2%。 对1.0mmm板的织构研究表明,合金不进行轧间退火的合金中存在较强的偏转G取向,Q取向及残留轧制铜C取向。轧间进行350℃退火1h的合金中存在很强的G取向、Q取向及R/S取向。轧间进行510℃退火1h的合金中存在较弱的偏转G取向、R/S取向。每种合金中都含有{111}面织构,其中进行轧间退火处理的合金含量较多。 随着退火温度提高,板材的拉伸强度下降,而断后伸长率增加。没有进行轧间退火处理的合金的n、r及IE值分别为0.269、0.729及8.13mmm,进行510℃中间退火1h处理的合金的n、r及IE值分别为0.311、0.788及8.98mm,进行350℃中间退火1h的合金的n、r及IE值分别为0.310、0.774及8.77mm,介于前两种合金之间。 不进行轧间热处理的合金、轧间进行350℃处理1h的合金及轧间进行510℃处理1h的合金中轧制织构与再结晶织构的相对比例分别为0.029、0.036及0.036,随机量分别为76.4%、64.7%及56.6%,三种合金的成形性能差别不大。 (3)预时效对Al-Mg-Si-Cu合金组织及性能的影响 织构分析表明,不进行预时效的合金中出现了很弱的立方取向、弱的黄铜B取向、R/S取向及大压下量时特有的Q组分。进行150℃预时效处理5min后,PSN效应取向强度较大,存在很强的G取向、Q取向及R/S取向。进行150℃预时效处理30min后,合金中出现较强的立方取向(偏转)及较强Q取向。三种合金中都存在较多的{111}取向。 性能测试表明,不进行预时效的合金的断后伸长率、n、r及IE值分别为17%、0.273、0.701及7.89mm,合金在进行150℃预时效5min后断后伸长率、n、r及IE值分别达到25%、0.310、0.774及8.77mm,合金在150℃预时效30mmin后抗拉强度及屈服强度明显提高,达到360MPa及210MPa,断后伸长率降至19%,n、r及IE值分别降至0.284、0.733及8.21mm。 分析织构与性能之间的关系可知,在不进行预时效处理的合金中,轧制织构与再结晶织构的相对比例为2.5,合金的成形性能及拉伸性能最低。在进行150℃预时效5min的合金中,轧制织构与再结晶织构的相对比例为0.036,而成形性能最好。 性能测试和分析表明,合金板材中Sr含量为0.033%,轧制中间进行350℃退火1h,固溶处理后进行150℃预时效处理5min后可得到最佳的综合性能,其性能分别为:抗拉强度Rm为340MPa、屈服强度Rp0.2为180MPa、应变硬化指数n值为0.31、塑性应变比r为0.774、杯突值为8.77mm。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG166.3

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