（材料加工工程专业论文）微量sr对almgsicu基合金板材织构及成形性能的影响.pdf

摘要 摘要 世界汽车工业正面临着越来越严峻的问题：能源、环境和安全。因此，减轻汽 车自重以降低能耗、减少污染、提高效率成为各大汽车厂商提高竞争力的重要措施。 目前，汽车车身铝合金化是汽车轻量化的一个重要措施。6 0 0 0 系a i - m g - s i ( - c u ) 基 合金成为国外汽车车身板研究的热点，而国内还几乎无人开展研究。6 0 0 0 系铝舍金 的综合性能良好，但成形性能还不尽人意。尽管成形性能的好坏与多种因素都有关 系，但从本质上说，它与材料的各向异性有着重要的联系，而各向异性取决于晶粒 的“择优取向”织构。因此织构就成为影响成形性能好坏的微观度量标准。本 文通过研究微量s r 对a 1 - m g s i c u 基台金板材织构和成形性能的影响，为提高汽车 车身板成形性能提供依据。 通过优化合金成分和加工工艺，得到一种a 1 m g s i c u 基合金板材。该合金最 佳成分为：a i 一1 2 s i 一1 3 5 m g 一0 8 c u - 0 3 5 m n 0 2 t i - 0 0 3 3 s r ( w t ) 。其综合性能优良： t 4 状态下，力学性能为：屈服强度、抗拉强度、延伸率可分别达到2 0 0 m p a 、3 5 5 m p a 、 2 3 ( 相对) ：成形性能为：n 值可达到o 2 9 6 ，r 值可达到o 7 2 6 ，杯突值可达到7 9 2 。 采用金相显微镜、显微硬度计、d s c 、t e m 、x r d 等分析工具，重点研究了微 量s r 对a 1 - m g s i c u 基合金的显微组织及析出动力学的影响；着重利用o d f ( 织 构取向分布函数图) 分析了微量s r 及轧制中间热处理制度对所研究铝合金板材织构 的影响。 显微组织和时效析出动力学分析结果表明：当a 1 m g s i c u 基合金中的s r 含量为o 0 3 3 时，能阻碍晶界的扩张，使晶粒得到细化，同时能促使第二相在晶内 和晶界均匀分布。在塑性形变时，能阻碍位错的运动，提高了力学性能。当 a 1 - m g s i - c u 基合金中的s r 含量为0 0 9 3 时，晶粒较粗大，第二相主要分布在晶间， 此时，合金板材的力学性能较差。向a 1 m g s i c u 基合金中加入s r 不改变合金 板材中时效相的析出温度，但能够影响时效相b ”相和q 相的激活能。当s r 含量 为0 0 3 3 时，b ”相及q 相的激活能都降低，能促进这两个相的析出。当s r 含量 为0 0 9 3 时，不利于时效相的析出。 织构分析结果表明：轧制中问不退火状态下，a 1 m g s i c u 基合金中的s r ， 影响了合金基体点阵，降低了合金的层错能，阻碍了交滑移的进行，从而造成织构 摘要 类型的转变。s r 含量由0 增加为0 0 1 9 及o 0 9 3 时，晶格变化增大，造成织构类 型变化增大，同时织构含量的变化也增大。轧制中间不退火状态下，a 1 - m g - s i - c u 基合金中的s r 不利于旋转立方织构及面织构的形成。当s r 含量由o 0 1 9 增加为 o 0 9 3 w t 时，上述两种织构所占比例更少。3 5 0 l h 中间退火的合金板材与无 中间退火的合金板材相比，不含s r 的合金板材及含s r 量为0 0 1 9 的合金板材中， 旋转立方织构及面织构的含量减少。而s r 含量为o 0 9 3 的合金板材中由于含s r 量 较高，致使该合金的再结晶温度提高。在3 5 0 c l h 退火制度下，一方面可能是形成 了某种比较稳定的粒子，其不易转化为立方取向的核心；另一方面释放出来的形变 能较少，不能促进再结晶核的形成与长大，从而使旋转立方织构及面织构的含量保 持不变。3 5 0 c l h 的轧制中间退火能使除旋转立方织构和面织构以外的随机量 及其它类型织构的含量增加。 关键词： a i - m g - s i c u 基合金，s r ，显微组织，成形性能，织构 i i 丝塑生一 e 行色c to fm i c r o e l e m e n t s ro i lt e x t u r e sa n df o r m i n gp r o p e r t i e so f a 1 - m g - s i - c ub a s e d a l l o y s h e e t s a b s t r a e l t h ew o r l da u t oi n d u s t r i e sa r ef a c i n gm o r ea n dm o r es e r i o u sp r o b l e m s ：e n e r g y , e n v i r o n m e n ta n ds a f e t y t h e r e f o r e ，t or e d u c et h ew e i g h to f c a r sb e c o m e sa l li m p o r t a n t m e a s u r et or e d u c ee n e r g yc o n s u m p t i o n ，p o l l u t i o na n dt oi m p r o v ee f f i c i e n c y , t h r o u g h w h i c ha l lc a rm a n u f a c t u r e r sc a ns h a r p e nt h e i rc o m p e t i t i v e n e s s t o d a y i ti sa ne f f e c t i v e w a y f o r r e d u c i n gc a l w e i g h tb ym a n u f a c t u r i n g c a r sw i t ha l u m i n u ma l l o y a 1 - m g 。s i ( - c u ) b a s e da l l o yi sm o s tu s u a l l yu s e da sa l l o ya u t os h e e t s b u tt h i s k i n do fa l l o yh a sa d i s a d v a n t a g eo ff o r m i n gp r o p e r t i e s a l t h o u g ha 1 一m g - s i ( 一c u ) b a s e da l l o y sh a v eb e e na h o ti s s u ea b o u tt h es t u d yo fa u t ob o d ys h e e t so u t s i d e ，t h e yh a v eh a r d l yb e e ni n v e s t i g a t e d i n s i d e 6 0 0 0s y s t e ma l l o y sh a v ec o m p r e h e n s i v ep r o p e r t i e s ，b u tt h e i rf o r m i n gp r o p e r t i e s c a l m o tb es a t i s f a c t o r y f o r m i n gp r o p e r t i e sd e p e n do nm a n yf a c t o r s ，l a s tb u tn o tl e a s t ，t h e y d e p e n do nt e x t u r e s ，h e n c e t e x t u r e sa r et h ec r i t e r i ao ft h ep e r f o r m a n c eo ff o r m i n g p r o p e r t i e s i nt h i sd i s s e r t a t i o nt h ea u t h o rt r i e st op r o v i d eb a s i sf o ri m p r o v i n gf o r m i n g p r o p e r t i e sb ys t u d y i n ge f f e c to f s ro nt e x t u r e sa n df o r m i n gp r o p e r t i e so fa i - - m g s i 。c u b a s e da l l o ys h e e t s t h ea i mo ft h i st h e s i si st og e tak i n do fa i m g - s i * c ub a s e da l l o ya u t o m o b i l eb o d y s h e e t b yo p t i m i z i n g t h e a l l o yc o m p o s i t i o n a n d p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y t h e b e s t c o m p o s i t i o no f t h i sa l l o yi s ：a 1 1 2 s i 一1 3 5 m g - 0 8 c u - 0 3 5 m n 一0 2 t i 一0 0 3 3 s r ( 、v t ) i t s c o m p r e h e n s i v ep r o p e r t i e sa r ee x c e l l e n t ：i nt 4c o n d i t i o n ，i t sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ： y i e l ds t r e n g t h ，t e n s i l es t r e n g t h a n de l o n g a t i o nr a t i oi s u pt o2 0 0 m p a 、3 5 5 m p a 、 2 3 ( r e l a t i v e l y ) ，r e s p e c t i v e l y i t sf o r m i n gp r o p e r t i e s ：nv a l u e ，rv a l u ea n dc u p p i n g v a l u ei s u p t o0 2 9 6 0 7 2 6a n d7 9 2r e s p e c t i v e l y i nt h i st h e s i s ，t h ee f f e c to fm i c r o e l e m e n ts ro nm i c r o s t r u c t u r ea n dp r e c i p i t a t i o n k i n e t i c si s i n v e s t i g a t e db yu s i n gm e t a l l o g r a p hm i c r o s c o p e ，m i c r o h a r d n e s si n s t r u m e n t ， d s c ，t e m ，x r d ，e t c i nt h em e a n t i m e ，t h ee f f e c to f m i c r o e l e m e n ts ra n dh e a tt r e a t m e n t i i i s y s t e m o nt h et e x t u r e so fa l l o ys h e e t si sa n a l y z e db yu s i n gt h e o d ff i g u r e s - - t h e o r i e n t a t i o nd i s t r i b u t i o nf u n c t i o nf i g u r e s t h ea n a l y s i so fm i c r o s t r u c t u r e ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dp r e c i p i t a t i o nk i n e t i c s r e s u l t s ：w h e nt h ec o n t e n to fs ri so 0 3 3w t i na 1 一m g s i - c ub a s e da l l o y , i tc a l l h i n d e rt h ee x p a n s i o no ft h ec r y s t a l l i n eg r a i n sb o u n d a r ya n dm a k et h ec r y s t a l l i n eg r a i n s g e tf i n e i ta l s om a k e s t h es e c o n d p h a s ep a r t i c l e sd i s t r i b u t ee v e n l yo n t h eb o u n d a r ya n di n t h ec r y s t a l s t h e s ep a r t i c l e sc a nh i n d e ro rs u p p r e s st h em o v e m e n to f d i s l o c a t i o n ，w h i c h h a si m p r o v e dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s w h e nt h ec o n t e n to fs ri s0 0 9 3w t i n a i - m g s i c ub a s e da l l o y , t h ec r y s t a l l i n eg r a i n sa r el a r g e r , a n dt h es e c o n dp h a s ep a r t i c l e s d i s t r i b u t em a i n l yi nt h ec r y s t a l s s ot h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e si sr e l a t i v e l yb a d t h e a d d i t i o no fs ri n t oa i - m g - s i - c ub a s e d a l l o yc a n n o tc h a n g et h ep r e c i p i t a t i n gt e m p e r a t u r e o f t h e a g e i n gp h a s e s ，b u tc a nc h a n g et h ea c t i v ee n e r g yo f t h ep r e c i p i t a t i o n so f b ”a n d q w h e nt h ec o n t e n to fs ri s0 0 3 3w t i n a 1 - m g - s i - c u b a s e da l l o y , t h ea c t i v ee n e r g yo f t h et w op h a s e sr e d u c e s ，s ot h et w op h a s e s p r e c i p i t a t ee a s i l y w h e nt h ec o n t e n to fs ri s o 0 9 3w t i n a i - m g - s i - c u b a s e da l l o y , t h ea c t i v ee n e r g yo ft h et w o p h a s e sr i s e sa g a i n s ot h et w o p h a s e sp r e c i p i t a t ed i f f i c u l t l y t h e a n a l y s i s o ft e x t u r e sr e s u l t sa s f o l l o w s ：u n d e rt h e c o n d i t i o no fn o m i d - a n n e a l ，t h ea d d i t i o no fs ri n t oa i m g s i - c ub a s e da l l o ya f f e c t st h em a t r i xl a t t i c e ， r e d u c e st h ee n e r g yo ft h ef a u l tl a y e r ，h i n d e r st h ec r o s ss l i d ea n dc h a n g e st h et y p e so f t e x t u r e s w h e nt h ec o n t e n to fs r c h a n g e sf r o m0t o 0 0 1 9 w t a n do 0 9 3 w t ，t h e d i s t o r t i o no fl a t t i c eb e c o m e sh e a v i e rw h i l et h ec o n t e n ta n dt h et y p e so ft e x t u r e sc h a n g e l a r g e l y u n d e rt h ec o n d i t i o no fn om i d a n n e a l ，t h ea d d i t i o no fs ri n t oa 1 m g s i c u b a s e d a l l o yd o e sn o tb e n e f i tt op r o d u c er o t a t i o nc u b et e x t u r ea n df a c et e x t u r e w h e nt h e c o n t e n to fs r c h a n g e s f r o m0 0 1 9 w t t o 0 0 9 3 w t t h ec o n t e n to ft h et w o a b o v e - m e n t i o n e dt e x t u r e sg e t sr e d u c i n gm o r e s h a r p l y a 1 - m g s i c ub a s e da l l o yw i t h m i d a n n e a la t3 5 0 c l hc o m p a r i n gw i t ha i m g s i - c ub a s e da l l o yw i t h o u tm i d - a n n e a l ， t h ec o n t e n to fr o t a t i o nc u b et e x t u r ea n df a c et e x t u r er e d u c e si nt h ea l l o ys h e e tw i t h o u t s r a n dw i t h0 019 w t w h i l ef o rt h e a l l o ys h e e tw i t h0 0 9 3 w t s r , t h eh i g ha m o u n ts r m a k e st h er e c r y s t a l l i z a t i o nt e m p e r a t u r eh e i g h t e n e d s ou n d e rt h i st r e a t m e n ts y s t e m ，f o r o n et h i n g ，i tm a y p r o d u c ec 筚t a i nr a t h e rs t e a d yp a r t i c l e s , a n di ti sn o te a s yf o rt h e s e t v a b s t r a c t p a r t i c l e st oc h a n g ei n t on u c l e u so f c u b eo r i e n t a t i o n f o ra n o t h e r , t h er e l e a s i n gd i s t o r t i o n e n e r g yw h i c hi sn e c e s s a r yf o rt h er e c r y s t a l l i z a t i o ni s s ol i t t l et h a ti tc a n n o ts p u rt h e f o r m i n g a n d g r o w i n go ft h er e c r y s t a l l i z a t i o n n u c l e u s s ot h ec o n t e n to ft h et w o a b o v e - m e n t i o n e dt e x t u r e sr e m a i n su n c h a n g e d m i d - a n n e a la t3 5 0 c l hb e f o r et h e c o l dr o l l i n gi n c r e a s e st h ev o l u m eo fo t h e rt y p e so ft e x t u r e sa n dt h er a n d o mb u tn o t i n c l u d i n gr o t a t i o nc u b e t e x t u r ea n df a c et e x t u r e t h e k e y w o r d ：a 1 一m g - s i c u b a s e d a l l o y ,s t , m i c m s t r u c t u r e ，f o r m i n gp r o p e r t y , t e x t u r e v 第一章绪论 1 1 研究意义 能源、环境、安全是汽车工业所面临的严峻的三大问题。因此，减轻汽车自 重以降低能耗、降低噪音、减少废气排放、提高效率，并且在提高效率的基础上 装备更多的高科技设备及安全保障设备，成为各大汽车生产厂家提高竞争力的关 键。汽车自重每降低1 0 0 k g ，油耗就可减少o 7 i _ 腿m 。图1 - 1 【1 1 为车重与定速燃 料效率的关系，可见减轻车重能显著提高燃油效率。汽车工业每天使用1 吨铝， 在汽车整个使用期间可减少温室气体排放2 0 吨。我国加入w t o 以后，更促使 厂家努力发展经济环保型现代汽车，这也正是未来汽车工业发展的主流。 i 霉 嘉 袭 3 羊赋r k 图1 - 1 车重与定速燃料效率的关系 f i g u r e1 - 1t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nw e i g h ta n d f u e le f f e e i e n e y 目前，使用铝及其合金是各国汽车制造商的主要减重措施之一。铝合金具有 密度小、强度适中、耐腐蚀、易焊接、便于回收等优点，其应用越来越广泛。其 密度仅为钢的1 ，3 ，比强度( 强度与质量之比) 相当高【2 】，对减轻自重，提高燃 油效率有举足轻重的作用。单单在汽车内外板上用铝合金代替传统钢板就可使整 车减重大约4 7 。承受同样冲击时，铝板比钢板多吸收冲击能5 0 。目前，臼 本汽车工业用铝为8 0 0 - 1 0 0 0 k t ，2 0 0 1 年达到1 5 0 0 k t ；美国1 9 8 8 年汽车耗铝就 已达1 1 5 0 k t ；法国汽车用铝约3 0 0 k t 。据美国铝业协会的预测，到2 0 0 5 年，全 球汽车耗铝量将达1 0 0 0 0 k t 3 1 。 汽车车身约占汽车总重的3 0 ，所以，汽车车身的铝合金化对减轻汽车自 第一章绪论 重具有重要的意义。抓住铝合金汽车车身这个工业耗用材料的重要部位，加速实 现车身的铝合金化，才有可能促进铝合金材料在汽车工业上的应用获得跳跃性的 突破，从而带来添加载荷和减少能耗的巨大经济效益和社会效益： 1 明显的减重效果：理论上铝制汽车比钢制汽车减重约达4 7 ，同时，可最大 限度地回收利用，大大降低能源的消耗。 2 可观的节能效果：减轻车重是减少燃油最有效的措施之一。如果轿车用铝合 金材料达5 0 公斤，那么每台轿车每年可节约汽油8 5 l ，若我国轿车的生产能力 发展到3 5 0 万辆，社会保有量达6 0 0 7 0 0 万辆，届时每年可节省汽油5 1 5 9 亿升。 3 减少大气污染，改善环境质量：汽车减重的同时，也减少了c 0 2 的排放量， 车重减少5 0 ，c 0 2 排放量减少1 3 。据资料介绍，美国的轿车重量减轻2 5 ， 每天节约7 5 万桶汽油，全年可减少c 0 2 排放量1 0 l 亿吨，因而可大大地减少环 境污染，提高环境质量。 4 有助于提高行驶的平稳性，乘客的舒适性和安全性：若汽车重量减轻2 5 ， 就可使汽车加速到6 0 k m h 的时间从原来的1 0 秒减少到8 秒，由于使汽车更稳 定乘客空间更大，在受到冲击时铝合金结构能分散更多的能量，因而是安全和舒 适的。 作为汽车车身板，其必须满足以下五个方面的要求： 1 高强度； 2 好的成形性能； 3 适合点焊； 4 良好的抗腐蚀性能； 5 喷漆后有好的外观。 因此，常用的车身板用铝合金主要有a i - c u - m g 基( 2 0 0 0 系) 、a i m g 基( 5 0 0 0 系) 、a 1 一m g - s i ( 一c u ) 基( 6 0 0 0 系) 合金，其中2 0 0 0 系和6 0 0 0 系是热处理可 强化合金，5 0 0 0 系是热处理不可强化合金。 但由于2 0 0 0 系合金的抗蚀性较差，5 0 0 0 系合金在冲压时容易出现勒德尔斯 线、产生桔皮效应以及在喷漆后屈服强度o 。下降而不尽人意。所以，人们把目 光聚集到了6 0 0 0 系a i m g s i c u 基合金板材上 4 1 。 6 0 0 0 系a i - m g s i - c u 基合金具有优良的综合性能。它重量轻、强度适中、 2 苎二兰丝堡一 成形性及耐磨性较好、易着色。此外，6 0 0 0 系合金是可热处理强化合金，在成 形后经油漆烘烤，强度也能进一步提高。 但人们在对6 0 0 0 系铝合金研究及应用的时候发现，6 0 0 0 系铝合金的成形性 能和力学性能比钢板的成形性能和力学性能差得比较多，这成为限制该系合金应 用的一个主要障碍。合金板材的成形性能和力学性能不但与热处理制度、轧制工 艺有关，还与所加合金元素有关。合金元素对力学性能的影响主要是通过变质第 二相粒子、细化晶粒等机制来实现的。而对成形性能的影响则是通过改变合金的 点阵常数及层错能从而影响位错的滑移来实现的。其中，位错源的开动及由此产 生的滑移造成了晶粒的择优取向一织构。因此，织构就成了表征成形性能好坏的 微观度量标准。 织构是材料晶粒表现出的一种择优取向现象。当出现织构后，多晶体金属就 不再表现为各向同性而表现出各向异性。这对材料的性能和加工工艺有很大的影 响。因此，研究织构的形成条件、类型及各织构之间的相对数量与板材深冲性能 之间的相互关系，就显得尤为必要了。另外，板材性能在线检测也是研究织构与 板材性能关系的重要应用之一。板材的平面塑性各向异性与合金在轧制和退火过 程中所产生的织构密切相关，不同的织构组态决定了不同的各向异性。 铝及其合金材料经轧制塑性变形及再结晶退火后，其晶粒的晶体学取向会发 生不同程度的变化，即沿不同的样品轴坐标发生不同程度的偏离。这种取向的偏 离，随轧制变形量或再结晶程度的增加而趋于较为稳定的取向。在这种情况下， 与轧向成不同夹角的板材部位将会有不同的性能各向异性。强烈的各向异性 对板材的使用性能特别是深冲性能非常不利。因此，如何降低板材的各向异性， 一直是材料工作者关心和研究的课题。 1 2 国内外研究现状及存在问题 6 0 0 0 系a 1 - m g s i c u 基合金的主要强化相是m 9 2 s i 及q 相，它们的大小、 形态及分布对合金的性能影响甚大。所以，国内外的研究基本上都是围绕m 9 2 s i 及q 相展开的。大致可分为三个方面：传统地从析出动力学方面研究m 9 2 s i 及q 相的析出过程和结构演变，包括不同温度、成分对其影响。添加不同合 金元素以获得有益于塑性的组织结构；通过改善工艺措旌，如，热处理工艺 和轧制工艺来获得理想组织从而提高其综合性能。 第一章绪 论 1 2 1 m 9 2 s i 相析出过程及动力学的研究 国内外已经对m 9 2 s i 析出过程作了大量研究。其一般过程为：d 过饱和固溶 体一gp 区一b ”相一b 。时效初期，m g 、s i 原子在铝基体的界面上聚集，形成 溶质原子富集区，即gp 区，其与基体保持共格关系，边界上的原子为母相和 g e 区所共有。为了同时适应两种不同原子排列形式，共格边界附近产生弹性畸 变，这种畸变阻碍了位错运动，从而提高了合金的强度、硬度。随着时效温度的 提高或时效时间的延长，m g 、s i 原子进一步富集并趋向有序化，迅速长大成针 状，即为0 ”相。其c 轴方向的弹性共格结合引起的应变场最大，它的弹性应力 也最高，当b ”相长大到一定尺寸，它的应力场遍布整个基体，应变区几乎相连， 这时合金的硬度最高。随着时效时间的进一步延长，在1 3 ”相的基础上，m g 、s i 原子进一步富集形成非共格的稳定的b 相，硬度降低。研究过程中综合利用许多 手段如h r t e m 、a p f i m 、d s c 、电阻值等。有研究认为，过剩s i 减小m 9 2 s i 的溶解度，在淬火后可获得高的过饱和度，这样就可获得更大的析出动力【钉。还 有人认为，过剩s i 的增加导致更多的形核核心，这使m 9 2 s i 更易析出【6 1 。在预 时效和人工时效时，含过剩s i 的合金中的1 3 ”、g p 区的m s i 为1 ：1 ，而含有 平衡s i 的合金中的1 3 ”、g p 区的m g s i 为2 ：1 ，与m g a s i ( 8 ) 中的比例一样【7 】o 1 2 2 q 相的析出过程及动力学的研究 在上一个问题中我们阐述的是不含c u 的a 1 m g s i 基合金的沉淀析出过程。 而长期以来，含c u 的a i - m g - s i 基的析出相传统地被认为和不含c u 的a 1 m g s i 基合金的类似，除了近期的一些报道曾称存在四元相q 相和它所谓亚稳先期 相q 8 , 9 a 0 1 。平衡q 相的晶体结构是六方的，晶格常数为a = 1 0 4 n m ，c = 0 4 0 5 n m 。 a p e r o v i c 等人【“】所做实验证实了q 相及q 相的存在，其在欠时效状态下的大 小约为2 5 x 2 5 1 0 n m ，为板条状，m g s i 一1 0 。q 相与q 相有相同的晶体结 构，但亚稳的q7 相与基体具有共格关系。q 相也呈板条状和六方结构，它的 长轴平行于 巾其惯习面为 1 5 0 。 1 2 3 合金元素对6 0 0 0 系舍金组织与性能的影响 6 0 0 0 系铝合金主要含有以下元素：s i 、m g 、c u 、m n 等。各元素不是孤立 的起作用，其影响是相干的 1 2 , 1 3 , 1 4 1 。 m g 、s i ：m g 、s i 是6 0 0 0 系铝合金中最重要的合金元素。它们在时效时能 第一章结论 形成m 9 2 s i 。经固溶淬火时效处理后，细小的析出相弥散分布于基体上，有效地 提高了性能。据研究f 1 5 j ，每增加o 1 初生s i ，强度峰值增加1 0 - 1 5 m p a ，延伸 率下降o 2 5 。一定强度水平下，含初生s i 的合金延伸率最大。如果能在固溶 温度下完全溶解，则每o 1 m 9 2 s i 可使强度峰值增加5 m p a ，同时延伸率有少量 增加。s i 能提高铸造流动性、耐磨性。m g 可使6 0 0 0 系合金具有热处理能力， 同时又能使台金保持良好的抗蚀性与可焊性【1 2 i 。在m g 、s i 完全国溶的极限以内， 提高固溶温度能提高强度和韧性【1 6 】。 c u ：c u 也是6 0 0 0 系合金中重要的强化元素。c u 能提高合金的强度、硬度， 但是c u 又降低合金的塑性和抗蚀性，并且随着c u 含量的增加，合金的过烧敏 感性增加【1 7 1 。 s i _ h 。一s i m 9 2 s i 图1 - 2 铝角投影图 f i g u r el - 2t h ep r o j e c t i o no f t h ec o m e r o f t h e a l 图1 - 2 是铝角投影图。当m g s i 之比大于1 时，成分落在i 区，平衡时一 ( a 1 ) 、q 、8 、s 相共存1 蜘；当m g $ i2 _ t e 4 、于i 时，成分落在i i 区，平衡时 d 一( a 1 ) 、q 、e 、( s i ) 共存：当c u 含量较低时，成分落在i 区，平衡时一 ( a 1 ) 、q 、m 9 2 s i 、( s i ) 共存，此时c u 含量少于0 2 0 5 。在i 、i i 区，c u 对 8 相的含量有很大影响，但对其它共存相的影响就小得多。在i 区，增加s i 量， q 相的含量增加；在i i 区，则使过剩s i 增加。增加m g 的含量，使得i 区的m 9 2 s i 量增加，i i 区的q 相增加。 m n ：m n 在变形铝合金中得到了广泛的应用。它可以中和f e 的有害作用【1 9 】。 随着m r d f e 比例减小，a 1 ( m nf e ) 一s i 弥散相尺寸增大2 0 】。m n 弥散相以其在 晶界的阻塞作用使晶粒重结晶时细化。随着m n 的增加，再结晶阻力增大 2 1 l 。 有人对t i 对铝台金机械性能的影响做了试验【2 2 】当t l 气1 3 硬质点呈针状、 片状均匀分布时，在提高耐热性的同时割裂了基体的联系，滋生出了裂纹源。同 蔓= 童塑堡 时t i a l 3 易偏析，对常温强度和韧性影响大，t i 含量应限制在1 0 以下t i 晶 粒细化处理已成为铝型材生产中的有机组成工序，人们对晶粒细化现象的认识也 不断深化，提出了不少观点和理论，企图阐明n 细化机理，但遗憾的是，到目 前为止还没有一种观点和理论能完全解释所有的细化现象i 矧。 1 包晶理论：由于包晶反应l + t i a l 3 一a a i 细化，它不能解释t i 含量低于0 1 5 的晶粒细化现象。 2 t i c 或t i b 2 核心理论：t i c 或t i b 2 起异质形核作用，导致细化。但它不能解释 高纯铝中加t i 的细化现象。 3 抑制a a 1 晶粒生长学说：有人认为溶质n 是一种高效抑制n a 1 生长的元素， 从而细化了晶粒。这一理论基本上能解释t i 的细化作用。 随着对s r 变质作用的深入研究与了解，s r 变质被越来越多的铸造厂家所接 受。近期的研究成果表明，在近共晶a l - s i 合金中加入s r ，将显著增加枝晶a 的 数量，促进枝晶n 柱状化生长，并使枝晶一次分枝间距和二次枝晶臂间距减小 嘲。往6 0 0 0 系铝合金中加入s r , 能变质a 1 f e s i 金属间化合物，使形成中文字样 的a a 1 f e s i ( a l f f e 2 s i ) ，丽不是形成片状的b a i f e s i ( a 1 s f e s i ) 【2 4 】。除了变质 作用外，还能影响m 9 2 s i 的析出动力学【2 5 1 。s r 使1 3 ”相针状缩短，同时使1 3 ”相 密度增加，显著增加合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率【2 6 】。 s r 加入量太少会造成不完全变质叫，太多则又使变质效果变差【2 b 】。s r 对车 身板6 0 0 0 系铝合金的性能的影响的报道不多，因此，研究s r 对6 0 0 0 系 a i - m g s i c u 基合金的成形性能及力学性能的影响就成为我们的重点。 1 2 4 热处理工艺对组织及性能的影响 a i - m g - s i c u 基变形铝合金是热处理强化合金，合金成形后的热处理制度对 产品最终的使用性能有着重要的影响。确定合金的热处理工艺也是研究和开发新 材料的必要条件。 合金浇铸成形后，内部存在着成分偏析和残余应力，这严重影响到以后的使 用性能和冷、热加工性能，因此必须进行均匀化处理。合金均匀化过程中显微组 织的演变主要依赖于第二相尺寸的统计学分布、第二相的几何形状、合金成分、 合金内部基体浓度分布及均匀化温度时间关系f 2 9 】。另外，确定均匀化温度和固 溶处理温度时，应考虑生成的低熔点共晶物的熔点，以免产生过烧，使台金报废。 6 第一章绪 论 传统的固溶保温时间的确定主要取决于厚度这单一因素，没有综合考虑铝合金的 其它性质和工艺特点，具有一定的局限性。事实上，固溶热处理的保温时间取决 于合金成分、加工方法、显微组织、制品的形状、加热条件、加热介质及装炉量 等因素【3 0 、3 1 3 2 】。 时效处理是关键。由于板材在成形加工前不可避免地要存放一段时间，研究 自然时效对合金性能的影响就十分必要了。据文献报道 3 3 】，最终时效前的自然 时效的作用是有害的。其对在最终时效( 1 8 0 。c ) 时b ”相的析出的不利影响是 由于自然时效时产生溶质原子，包括淬火空位的聚集【3 4 13 引。但自然时效的不利 影响可通过两级淬火和自然时效前的预时效来抑带, l t 3 孔。 g p 区、b ”相、b 相都能起强化作用，但1 3 ”相效果最显著，g e 区次之，b 相最差【3 6 】。 当过时效时，合金中的时效析出相全部是粗大的q 相口7 1 ，对合金的性能很 不利。 1 2 5 铝及其合金板材织构的研究 织构是轧制塑性变形和再结晶退火时不可避免的一种现象，要消除它的存在 是不可能的，花大力气来避免织构的产生也是不现实的。因此，人们把研究的目 光对准了影响织构形成、类型、数量的因素上，以此来探究织构对材料成形性能 ( 深冲性能) 的影响。 v a s u d e v a n a k 3 8 1 等认为，轧制形变织构对板材的力学性能具有加强作用， 而再结晶织构则对各向异性具有削弱作用。板材形变织构的形成，主要取决于两 个方面【3 9 j ：一是变形条件，如变形温度和变形量；二是点阵形式。添加合金元 素能降低层错能，不利于交滑移，因此造成织构类型的转变。中南工业大学的沈 健等人认为【4 0 1 ，当板材中的轧制织构和再结晶织构的体积分数达到一定比例时， 深冲时将同时出现0 。，9 0 。和4 5 。制耳，从而降低板材的各向异性和深冲制耳 率。以纯铝作为试样的冷轧样品中主要存在s 织构( 1 2 3 ) ( 6 3 4 ) 和黄铜织构 ( 0 1 1 ) ( 2 1 1 ) ) 及少量偏转的铜织构( 1 1 2 ) ( 1 1 1 ) ) ；再结晶退火样品中出现 了立方织构( 0 0 1 ( 1 0 0 ) ) 及少量遗留的黄铜织构【4 ”。r ( a ) 是塑性应变比， 其中a 是测试方向与轧向的夹角，豆是r ( a ) 的平均值。为了获得良好的成形 性，应警控制织构使r ( n ) 随q 的变化最小，鬲最大图1 - 3 是锅串常见的残 7 苎二童丝堡 留轧制织构组分( 1 2 3 ) 【6 3 耳】和立方织构( 1 0 0 ) 【0 叭】平衡时夏一v i 值的曲线。 从中可以看出【4 2 】，随着立方织构体积分数v i 增加，平面各向异性变小，v i = o 时，豆最大，此时豆= 1 1 7 9 ，而当v i = i 时，豆- o 5 8 3 。 g o q lq 2 q 3 q 4 0 5 0 6 0 7 g s q 9 1 0 、一 图1 - 3 立方织构体积分数与r 的关系 f i g u r el - 3 t h e r e l a t i o n s h i po f b e t w e e nra n d t h e v o l u m e f r a c t i o n o f c u b i c t e x t u r e 深冲用铝板中存在很多种织构，影响织构从而影响各向异性的因素也很多 【4 0 】，如变形程度、变形温度、变形速度、变形几何条件、初始晶粒度、初始织 构、冶金质量、第二相组成及弥散度、层错能、加热温度、加热速度、相变、微 量元素乃至试样尺寸等诸多因素都会影响到织构的形成和深冲铝板的各向异性 行为。 1 合金元素对织构的影响 合金元素对织构的影响较为复杂，一般来说，合金越纯，越易形成纯金属型 轧制织构，退火后的立方织构也越强。 深冲用铝板中的主要杂质元素为f e 、s i 。一般认为，f e 含量的增加会增加 形变织构，并强烈减缓再结晶形核和长大速率，使再结晶过程受到明显抑制，削 弱退火时立方织构的强度，强化退火r 织构( f 1 2 4 ( 2 1 1 ) ) 。 2 轧制变形量对织构的影响 铝合金板材中的变形织构是逐步发展起来的，而且织构的强