大塑性变形超细晶6000系铝合金的时效特性及强化机制研究

摘要

6000系铝合金作为一类可时效硬化的合金，由于具有良好的强度、成形性、耐蚀性和可焊接性，应用极为广泛。大塑性变形(SPD)是目前唯一可以生产块体亚微米、纳米结构材料的加工方法，其中又以等通道角挤压技术(ECAP)最容易商业化生产超细晶(UFG)结构材料，最具有应用前景。时效析出是铝合金众多强化机制中最为有效的手段之一，因此，研究大塑性变形超细晶6000系铝合金的时效特性及其强化机制具有重要意义。
　　 本文以6000系铝合金为研究对象，将ECAP技术同铝合金的时效处理结合起来，通过测试分析不同状态下6000系铝合金的硬度、电导率、强度、伸长率等力学和物理性能，结合光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、高分辨透镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)等微观分析手段表征其微观结构，结果表明:
　　 时效处理在降低铝合金塑性的同时很好的提高了材料的强度，6013的峰时效处理工艺为560℃×2h固溶+191℃×4h时效;6061的峰时效处理工艺560℃×2h固溶+170℃×3h时效，峰时效时它们的屈服强度分别达到了257.69MPa和208.42MPa。6000系铝合金在时效过程中存在一定的双峰效应。随着时效时间的延长，铝合金的塑性则一直在逐步降低，而强度先升高，在峰时效时达到最大值，随后降低;在这个过程中，铝合金的电导率逐步升高，但升高速率由快至慢。
　　 ECAP可以极大的提高材料的强度但同时也会导致塑性急剧下降。但是，ECAP结合合适的时效工艺可以以牺牲微弱强度为代价（甚至可能在提高强度的同时）来很好地改善材料的塑性。对于6013合金，室温ECAP的性能最好，抗拉强度和屈服强度分别提高到458.54MPa和404.27MPa。对于6061合金，110℃动态时效时性能最好，抗拉强度和屈服强度分别提高到449.93MPa和424.61MPa。
　　 硬度分布实验结果表明，对于ECAP后的铝合金试样，Y面的硬度值远高于X面，且X面上方硬度高于下方，Y面左方硬度高于右方。
　　 光学显微镜、弱束暗场TEM和HRTEM分析显示，ECAP后铝合金中产生了大量的变形条带且位错密度分布极不均匀。HRTEM分析表明，ECAP+时效工艺可以导致各种位错反应，这些位错反应可以产生Z型位错，也可以使一个0°全位错分解成两个30°不全位错。β

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 铝工业的发展及趋势

1．1．1 铝及铝合金的性质

1．1．2 铝合金发展史

1．1．3 铝合金的分类及应用

1．2 大塑性变形技术

1．2．1 高压扭转

1．2．2 累积轧合

1．2．3 多向锻造

1．2．4 循环挤压

1．2．5 反复皱直

1．2．6 扭挤

1．3 等通道转角挤压

1．3．1 等通道转角挤压的发展

1．3．2 等通道转角挤压的原理

1．3．3 等通道转角挤压的形成超细晶的机制

1．3．4 等通道转角挤压的影响因素

1．4 铝合金的固溶时效处理

1．4．1 固溶处理

1．4．2 时效处理

1．5 课题的研究内容及意义

第二章 实验过程及分析测试方法

2．1 原材料及成分

2．2 实验工艺流程图

2．3 样品制备

2．3．1 制备ECAP样

2．3．2 样品切割

2．4 固溶时效处理

2．5 性能与表征

2．5．1 显微硬度

2．5．2 拉伸实验

2．5．3 电导率测试

2．5．4 显微组织分析

2．5．5 XRD分析

第三章 固溶时效对6000系铝合金性能的影响

3．1 6000系合金的时效硬度曲线

3．2 固溶时效对6000系合金拉伸性能的影响

3．3 固溶时效对6000系合金电导率的影响

3．4 本章小结

第四章 ECAP对6000系铝合金组织性能的影响

4．1 ECAP对6000系合金力学性能的影响

4．2 ECAP后6000系合金表面的硬度分布

4．3 ECAP对6000系合金电导率的影响

4．4 金相分析

4．5 TEM分析

4．5．1 位错的分布

4．5．2 析出相形貌及分布

4．6 XRD分析

4．7 本章小结

第五章 超细晶6000系铝合金的强化机制

5．1 固溶强化

5．2 细晶强化

5．3 位错强化

5．4 沉淀强化

5．5 超细晶铝合金的强化因素构成比较

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文