合金元素与热处理工艺对6000系高强高塑铝合金组织性能的调控

摘要

高强高塑的6000系铝合金是金属材料领域的一个重要研究课题，在汽车轻量化和航空领域有着不可替代的作用，本文采用自行制备的9种不同成分的6000铝合金锻压材和3种不同成分的铝合金热压材，通过显微组织分析、拉伸性能测试、腐蚀实验、XRD分析、EBSD分析以及电导率测试等手段分别研究了Mg、Cu、Mn含量以及Mg/Si相同时，Mg、Si、Cu三种主要合金元素的增加对6000系铝合金组织性能的影响，同时研究了固溶时效制度对9种铝合金锻压材组织性能的影响，主要得到以下结论： （1）研究了Mg元素在0.941%-1.16%这个区间内时，Mg元素含量和固溶时效工艺对铝合金锻压材Al-xMg-0.95Si-1.02Cu-0.33Mn-0.015Sr-0.21Zr组织性能的影响，结果表明：三种合金成分在此范围内时，合金的峰值时效强度均大于405MPa且延伸率在10%以上，拉伸性能十分优秀，Mg 含量增加对合金的晶粒尺寸、抗拉强度、延伸率和抗剥落腐蚀性能影响不大；会使合金的电导率、抗晶间腐蚀能力下降；使合金的硬度上升 。使三种合金获得最佳力学性能的最佳固溶温度均为540℃，最佳时效温度在180℃-190℃之间且应随着Mg含量的增加选择更高的时效温度，最佳时效时间为4h。其中合金锻压材Al-0.94Mg-0.95Si-1.02Cu-0.33Mn-0.023Sr-0.21Zr的力学性能最佳其峰值时效强度达到422.27Mpa延伸率为11.16%。 （2）研究了Cu元素在1.0%-1.25%这个区间内时，Cu元素含量和固溶时效工艺对铝合金锻压材 Al-0.98Mg-1Si-xCu-0.335Mn-0.2Zr-0.015Sr 组织性能的影响，结果表明：合金成分在此范围内时，合金的峰值时效强度均大于410MPa且延伸率在10%以上，拉伸性能十分优秀，Cu含量增加对合金的抗剥落腐蚀性能影响不大；使合金的延伸率、电导率、抗晶间腐蚀性能下降；使合金的晶粒尺寸、抗拉强度、硬度和过烧敏感性上升。使两种合金获得最佳力学性能的最佳固溶温度均为540℃，最佳时效温度在180℃-190℃之间且应随着Cu含量的增加选择更低的时效温度，最佳时效时间在4h-6h之间且应随着Cu含量的增加选择更低的时效温时间。其中合金锻压材 Al-0.97Mg-0.99Si-1.25Cu-0.33Mn-0.014Sr-0.21Zr 的力学性能最佳其峰值时效强度达到431.23Mpa延伸率为13.56%。 （ 3 ）研究了在 Mg/Si 相同时， Mg、Si、Cu 三种主要合金元素的增加对Al-xMg-ySi-zCu-0.335Mn-0.2Zr-0.020Sr 组织性能的影响，结果表明：合金成分在此范围内时，合金的峰值时效强度均大于410MPa且延伸率在10%以上，拉伸性能十分优秀，主要合金元素的增加对合金的晶粒尺寸、抗剥落腐蚀能力影响不大；使合金的延伸率、电导率、抗晶间腐蚀能力下降；使合金的硬度上升。合金强度并不会随着主要合金元素的增加单调上升，当合金中Mg含量大1.24% 、Si含量大于1.25%、 Cu含量大于1.03%时继续加入这三种元素反而会使合金抗拉强度降低。四种合金获得最佳力学性能的最佳固溶温度均为 540℃，最佳时效温度在180℃-190℃之间且应随着三种主要合金元素含量的增加选择更低的时效温度，最佳时效时间在4h-8h 之间且应随着三种主要合金元素含量的增加选择更低的时效时间。其中合金锻压材Al-1.24Mg-1.26Si-1.03Cu-0.33Mn-0.020Sr-0.20Zr 的力学性能最佳其峰值时效强度达到425.05MPa延伸率为10.76%。 （ 4 ）研究了 Mn 元素在 0%-1.061%这个区间内时， Mn 元素含量对铝合金热压材Al-0.91Mg-0.81Si-1.02Cu-xMn-0.2Zr-0.02Sr组织性能的影响，结果表明：Mn元素的增加能显著细化合金晶粒同时会使得合金晶粒的等轴度下降，但在Mn元素含量大于0.7%后继续加入Mn元素对合金晶粒尺寸的影响不大。同时 Mn 元素的增加会明显降低合金的抗拉强度。Mn 元素的增加对合金的抗剥落腐蚀能力影响不大，但是会大幅提高合金的抗晶间腐蚀能力，综合考虑Mn元素对合金抗拉性能、晶粒尺寸和抗腐蚀性能的影响，为了细化6000系铝合金晶粒，在合金中加入0.7%左右的Mn元素较为合理。 本文研究了Mg含量、Cu含量、Mn含量、Mg/Si相同时Mg、Si、Cu三种主要合金元素的总含量以及热处理工艺对6000系铝合金组织性能的影响，为新型6000系铝合金的开发提供了理论依据。

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