Mn对Al-Mg-Si-Cu铝合金车身板组织和性能的影响_图文

1、收稿日期:2004207207基金项目:教育部科学技术研究重大项目(0208;国家高技术研究发展计划项目(2002AA331050;教育部高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划项目作者简介:刘宏(1959-,女,湖南邵阳人,东北大学博士研究生,山东轻工学院副教授;赵刚(1952-,男,辽宁海城人,东北大学教授,博士生导师;刘春明(1961-,男,陕西渭南人,东北大学教授,博士生导师;左良(1963-,男,安徽桐城人,东北大学教授,博士生导师第26卷第4期2005年4月东北大学学报(自然科学版Journal of Northeastern University (Natural Science V

2、ol 126,No.4Apr.2005文章编号:100523026(20050420347204Mn 对Al 2Mg 2Si 2Cu 铝合金车身板组织和性能的影响刘宏,赵刚,刘春明,左良(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004摘要:通过拉伸和埃里克森实验以及扫描电镜/能谱、透射电镜和金相分析,研究Mn 的质量分数对Al 2Mg 2Si 2Cu 铝合金汽车板显微组织、力学性能和成形性的影响研究表明,随Mn 质量分数增加,Al 2Mg 2Si 2Cu 汽车板铝合金不可溶结晶相及弥散相粒子数量均增加,不可溶结晶相使合金组织纤维化对板材冲压成形性不利,弥散相粒子阻碍再结晶晶粒长大;提高Mn 的质

3、量分数,Al 2Mg 2Si 2Cu 汽车板铝合金的强度增加,但延伸率和冲压成形性降低关键词:Al 2Mg 2Si 2Cu 2Mn 铝合金;车身板;Al (FeMn Si 相;弥散相;冲压成形性中图分类号:TG 146121文献标识码:A汽车轻量化的要求使铝合金作为轻质材料在车身上的应用越来越受到青睐由于可热处理强化的6000系铝合金板材兼有良好的力学性能和成形性,因此国际上越来越趋向以6000系铝合金为基础开发汽车车身用铝合金15在6000系车身板铝合金中通常还加入Mn 元素,与合金中的Fe 和Si 结合形成不可溶的Al (FeMn Si 相以及形成弥散相6,7,这些粒子可能影响合金板材组织

4、,对材料的质量和性能起决定性作用8,9关于Mn 在6000系铝合金中的作用报道更多的是对其所形成的弥散相粒子的析出及其对合金的变形行为和变形机制方面的研究1012而对Mn 质量分数的变化对6000系车身板铝合金的显微组织、力学性能和冲压成形性能影响的研究却少有报道本工作的目的旨在研究Mn 的质量分数对Al 2Mg 2Si 2Cu 汽车板铝合金组织、力学性能和成形性的影响规律,为开发新合金控制Mn 含量提供依据1实验方法实验所用材料是用9919%高纯铝、电解铜、工业纯镁、工业纯铁以及Al 2915%Si ,Al 29%Mn中间合金,按一定顺序放入电阻坩埚炉溶化,在水冷铜模中浇铸成220mm &#

5、215;120mm ×20mm 的铸锭,其化学成分见表1表1合金化学成分Table 1Chemical compositions of the alloys %合金编号w (Si w (Mg w (Cu w (Mn w (Fe 1# 1.040.690.670.110.312# 1.060.70.710.630.313#1.140.750.710.870.29将铸锭进行470×5h ,540×16h 的双级均匀化处理后,加热至430热轧成厚度为415mm 的板料,再经410×1h 中间退火,最后冷轧成112mm 厚的薄板按照G B/T 5027-1999

6、和G B/T5028-1999标准,采用型样品测定合金薄板T4状态的应变硬化指数 n 15和塑性应变比 r 15,试验机为CM T51052SANS 微型控制电子万能试验机采用直径8mm 的球形凸模测定薄板T4状态的埃利克森值(I E 同时测定薄板经540×30min 固溶水淬+室温停放30min+170×30min 时效处理纵向的力学性能,样品标距宽度为10mm ,长度45mm 实验均取三个样品的平均值将热处理后的薄板机械减薄至0107mm 后,再采用双喷电解减薄法制备透射电镜样品,电解液为30%(体积分数硝酸+70%(体积分数甲醇混合液,工作温度为-25-20,透射电镜

7、型号为Philips EM -400T 采用L EICA MPS30型金相显微镜、SSX 2550扫描电镜(SEM 及附带的DX 24型能谱仪(EDS 进行显微组织观察和相成分分析2实验结果与分析2.1力学性能和成形性合金薄板经540×30min 固溶水淬并在室温时效两周(T4状态之后的 n 15, r 15和I E 以及合金薄板经540×30min 固溶水淬并进行170×30min 时效处理后的力学性能结果如表2所示可见,无论是T4状态还是固溶水淬170×30min时效状态,合金薄板的抗拉强度均随Mn 的质量分数增大而提高,但延伸率下降170×

8、;30min 时效是模拟汽车车身构件烤漆工艺的热过程,合金薄板固溶处理水淬并立即进行170×30min 时效的强度明显高于T4状态的强度,说明合金薄板固溶处理水淬后立即进行烤漆可获得较高的强度,而且提高Mn 的质量分数有利于合金薄板烤漆后强度的提高由表2可见,合金薄板T4状态的 n 15, r 15和I E 值基本上随Mn 的质量分数的增大而降低,说明提高Mn 的质量分数对冲压成形性不利,对用于形状比较复杂外车身构件的6000系铝合金薄板,其Mn 质量分数不宜过高表2实验合金的力学性能和成形性能Table 2Tensile propertie s and formability of

9、 te sted alloys合金T4状态b /MPa012/MPa /%I E /mm n 15 r 15室温停放30min +170×30minb /MPa 012/MPa/%1#327.7174.728.5 3.80.2780.75329.1199.725.52#345.8189.625.4 3.10.2570.66357.1229.321.93#349.9190.722.53.30.2640.70366.5224.920.22.2显微组织及相成分分析合金铸锭经470×5h +540×16h 双级均匀化处理后的金相组织如图1所示可见,随Mn 质量分数增大,合

10、金中未溶结晶相数量明显增多经扫描电镜及能谱分析(见图2证明,这些经均匀化处理仍未溶的结晶相主要是含AlFeMnSi 类型的结晶相,而且含AlFeMnSi 型结晶相中的Mn 质量分数随合金中Mn 的平均质量分数的提高而增大说明Mn 参与了这些结晶相的形成提高了合金中Mn 的平均质量分数,必然增加不可溶解结晶相的数量图3为合金薄板固溶水淬时效后的透射电镜组织,可见除未溶结晶相外,合金中弥散相粒子的数量也随Mn 的增加而增多,而且钉扎在晶界上,阻碍晶界移动(见图3b 合金冷轧薄板经固溶水淬时效后纵断面的金相组织如图4所示这些合金冷轧薄板在较高温度(540固溶处理时将发生再结晶但1#合金的组织为较均匀

11、的等轴晶,2#合金为基本再结晶组织,其晶粒较细小但未完全等轴化,组织形态略带沿轧向分布的特征,而3#合金为未完全再结晶组织,其未溶相在塑性加工过程被轧碎沿轧向分布,使合金组织表现出纤维状分布的特征,可见Mn 有强烈阻碍6000系铝合金再结晶的作用图1合金均匀化处理后的显微组织Fig.1Microstructure s of alloys after homogenizing treatment(a 1#合金;(b 2#合金;(c 3#合金642东北大学学报(自然科学版第26卷 图2合金铸锭均匀化处理后的扫描电镜照片及能谱分析Fig.2SE M image s and EDS analysis

12、of alloys after homogenizing treatment(a 1#合金;(b 3#合金图3合金薄板固溶水淬时效后的透射电镜组织Fig.3TE M image s showing Mn 2dispersoid distribution in alloys aged after solution treatment and quenching (a 1#合金;(b 3#合金图4合金固溶处理后170×30min 时效的晶粒组织Fig.4Microstructure s of alloys aged at 170for 30min after solution treat

13、ment(a 1#合金;(b 2#合金;(c 3#合金由组织和相成分分析结果可知,Mn 有强烈阻碍Al 2Mg 2Si 2Cu 铝合金汽车板再结晶的作用,提高Mn 含量使合金板材在固溶处理过程中的再结晶不充分,因此合金的强度升高而塑性降低随742第4期刘宏等:Mn 对Al 2Mg 2Si 2Cu 铝合金车身板组织和性能的影响Mn质量分数增加,合金中不可溶结晶相的数量增加,板材塑性变形时,在这些粗大结晶相与基体间的界面处极易出现显微裂纹,不仅使合金的延伸率下降,而且还可能导致冲压性能降低(即 n15, r15和I E下降另外较多的不可溶结晶相,在轧制过程被压碎,形成纤维状组织,使合金板材产生各向

14、异性也将导致其与合金板材轧向成0°, 45°和90°三个方向的平均 n15, r15下降因此,作为汽车板的6000系铝合金,其Mn质量分数不宜过高,并尽可能使其获得细小均匀无各向异性的再结晶组织3结论(1随Mn质量分数增加,Al2Mg2Si2Cu汽车板铝合金不可溶结晶相及弥散相粒子数量增加,不可溶结晶相在轧制过程被压碎,沿轧向分布使合金组织纤维化,弥散相粒子钉扎晶界阻碍再结晶晶粒长大(2随Mn质量分数增加,Al2Mg2Si2Cu汽车板铝合金的强度增加,但延伸率和冲压成形性降低(3均匀等轴的再结晶晶粒组织使Al2Mg2 Si2Cu铝合金车身板具有较好的冲压成形性,而

15、组织纤维化对其冲压成形性不利参考文献:1Zhao H.Application of aluminum in motor carJ.A utomotive Technology and M aterials,1997,(1:9-12.2Gupta A K,Lioyd D J.The properties and characteristics oftwo new aluminum automotive closure panel materialsJ.S ae T ransaction J M ater and M anuf Sections,1996,107(2:180-185.3Kamat

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22、spondent:ZHAO G ang,E2mail: zhaogAbstract:By means of scan electron microscope(SEM,energy dispersive spectrum(EDS,transmission electron microscope (TEM,metallographic analysis,tensile and Ericsson tests,the effect of variation of the addition Mn content on the microstructures,tensile properties and formabilities of Al2Mg2Si2Cu system alloys for au