Al-Mg-Si合金的形变热处理及热模拟研究

摘要

6000(Al-Mg-Si)系铝合金是一种适合于汽车应用的轻量化材料，已被广泛应用于汽车工业，用于制造汽车车身、车轮、油箱、铝罐、机器盖板、电机壳等。6082铝合金属于Al-Mg-Si系中等强度的变形铝合金，具有良好的耐蚀性和加工性能，广泛应用于大型焊接结构件、航海用零件等，常借助于形变热处理进行强化。再结晶退火可以消除冷加工的影响，在实际生产中起着重要作用。对6082铝合金的形变热处理及热变形方面的研究还比较少。本文通过组织观察、性能测试，热模拟等手段，对冷变形后再结晶过程、合金高温形变热处理及合金热压缩过程中的动态软化做了较为细致的研究。本文研究的主要结果如下： 对6082铝合金冷变形的研究结果表明：冷压缩变形后6082铝合金的组织呈现很明显的组织不均匀性，心部变形量最大，组织呈现明显的条带状，接触模具处变形量最小，仅略微变形。冷变形后进行再结晶退火处理，在压下量为60％，退火时间为1h时，温度越高再结晶越容易发生，当压下量为60％，退火温度相同时，时间越长越容易发生再结晶。 对6082铝合金高温形变热处理的研究结果表明：6082铝合金和工业纯铝相比，在高温变形过程中很难发生动态再结晶，变形后组织仍呈现条带状。但变形温度对组织的影响不大。热变形后组织也呈现一定的不均匀性，但和冷变形的相比，其组织的不均匀性得到改善。高温形变热处理可以有效提高6082铝合金的硬度，固溶+变形+时效的工艺由于保留了部分形变强化而使其性能要略高于固溶+时效工艺。 对6082铝合金的高温压缩模拟研究结果表明：6082铝合金在300℃-550℃、应变速率为0.006s-1-0.6s-1下高温压缩变形，存在近似稳态变形特征。该合金为正应变速率敏感材料，其高温压缩变形的流变应力随着变形温度的降低和应变速率的升高而升高。并且高温变形过程中由于试样内部组织存在摩擦，也会产生变形热，导致试样温度上升。且应变速率越大，变形量越大，温度上升越明显。因此在锻造过程中要采用合理的锻造工艺，不可忽视变形热在锻造过程中对零件的影响，以免产生过热及过烧现象，造成零件的报废。根据热模拟过程的应力-应变曲线，推导出6082铝合金稳态流变应力本构方程，为6082铝合金的挤压、轧制、扭转等热加工工艺的制定，性能的控制及设备的选取等提供了理论依据和实验基础。

目录

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声明

第一章绪论

1.1 6000系铝合金的特点及工业应用

1.1.1 6000系铝合金的特点

1.1.2 6000系铝合金的工业应用

1.1.3 6000系铝合金研究方向

1.2 合金元素对Al-Mg-Si合金的影响

1.2.1 Mg元素的影响

1.2.2 Si元素的影响

1.2.3 Mn元素的影响

1.2.4 Cu元素的影响

1.3 铝合金的形变热处理

1.3.1 形变热处理的基本原理

1.3.2 形变热处理的分类

1.4 形变热处理的国内外研究进展

1.4.1 低温形变热处理

1.4.2 高温形变热处理

1.5 铝合金的热变形

1.5.1 热变形的流变应力曲线特征

1.5.2 热变形中的动态软化

1.6 本文的研究内容及意义

第二章实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 实验工艺

2.3.1 冷变形工艺流程

2.3.2 高温形变热处理工艺流程

2.4 组织和性能测试

2.4.1 硬度测试

2.4.2 拉伸性能测试

2.4.3 金相组织观察

第三章冷变形后铝合金的再结晶研究

3.1 引言

3.2 实验步骤

3.3 冷变形的Deform模拟及验证

3.4 退火温度对性能及再结晶的影响

3.5 退火时间对6082铝合金再结晶的影响

3.5.1 退火时间对应力的影响

3.5.2 退火时间对组织性能的影响

3.6 变形量对6082铝合金再结晶的影响

3.7 本章小结

第四章铝合金的高温形变热处理研究

4.1引言

4.2实验步骤

4.3连铸坯料的均匀化处理

4.4变形后不同位置的组织性能

4.5压下量与组织性能的关系

4.5.1 压下量与组织的关系

4.5.2 压下量与硬度的关系

4.5.3 压下量与强度的关系

4.6变形温度与组织性能的关系

4.6.1 变形温度对组织的影响

4.6.2 变形温度与硬度的关系

4.6.3 变形温度与强度的关系

4.7固溶时间对6082铝合金性能的影响

4.8 工业纯铝的热变形

4.9本章小结

第五章6082铝合金的热模拟

5.1 引言

5.2 实验步骤

5.3 热变形过程中的流变应力

5.4 热变形过程中的温度变化

5.5 6082铝合金的流变应力本构方程

5.6 本章小结

第六章结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间的科研成果

致 谢