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6061铝合金热变形及时效过程中的组织力学行为研究

冯银成  
【摘要】: 6061合金为Al-Mg-Si系可热处理强化铝合金,由于具有成型性好、耐蚀性强、中等强度等特点近年来在汽车上的应用比重不断上升,替代钢用作汽车零部件,成为交通工具轻量化、现代化的有效途径。在汽车上,碰撞横梁作为吸收冲撞能量的缓冲体,在低速碰撞过程中其耐撞性在汽车安全中起着至关重要的作用。本文系统研究了作为前碰撞横梁材料的6061铝合金的组织和力学行为。 由于均匀化退火能显著改善6061铝合金的后续机械加工性能,因此本文首先通过对均匀化处理过程中的温度和时间的二元控制,采用硬度分析和电子显微分析方法(SEM、TEM)探讨了该合金在不同均匀化处理条件下铸锭微观组织和力学性能的变化规律。研究发现,当均匀化退火条件为550℃/12h时,第二相的数量、分布和尺寸达到最佳,合金硬度最高。动力学分析所得结果与实验中的550℃/12h基本吻合。 在Gleeble-1500热模拟实验机上通过轴对称等温压缩实验得到均匀化退火后6061铝合金的真实应力-应变曲线,建立了该合金高温变形本构方程,研究了该合金高温变形时的流变力学行为,并通过光学显微镜观察了热变形后合金的微观组织结构及变形条件对后续热处理组织的影响,探讨其高温变形过程中组织结构的变化规律。研究表明,本文所用的6061铝合金在高温塑性变形时主要的软化机制为动态回复。 在碰撞过程中,碰撞横梁变形越充分吸能越多。6061铝合金采用人工时效热处理可获得较高的强度,但此时材料的塑性不佳,在碰撞过程中变形不够充分,碰撞吸能有限。本文探讨了材料在挤压成“目”字形前碰撞横梁后在自然时效过程中的组织和力学性能变化,与人工时效进行对比发现,自然时效一个月左右材料的力学性能趋于稳定,此时具有良好的塑性,能满足碰撞横梁的应用要求。在此基础上进一步研究了6061铝合金在自然时效态和人工时效态的动态拉伸力学行为,并由此得到该合金Johnson-Cook模型的动态本构关系,为该合金制成的碰撞横梁的碰撞仿真提供了相应的材料参数。


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