Zn的添加对Al-Mg-Si合金析出行为及自然时效效应的影响

摘要

6xxx系列铝合金由于有其低密度、中高强度以及良好的成型性等优点被广泛应用于汽车车身板。添加微量合金元素是改善合金力学性能的一种有效手段。合金元素的添加主要是通过改变合金的时效析出行为来改善合金的性能，因此理解合金元素对合金析出演变规律的影响具有重要意义。在生产制造过程中合金会发生自然时效，对后续人工时效过程产生不利影响。通过添加微量合金元素降低合金自然时效负面效应对提高合金的性能具有积极意义。　　本文通过力学性能测试、导电率测试、差示扫描量热仪测试、透射电子显微镜观察等手段，研究了合金元素Zn的添加对Al-Mg-Si合金时效析出行为的影响；探究了Zn的添加对Al-Mg-Si合金自然时效效应的影响；最后探讨了合金成分对Al-Mg-Si-Zn合金自然时效效应的影响机理。　　对富Mg的Al-Mg-Si合金直接进行180℃与250℃人工时效，发现Zn的添加能显著提高合金的峰值硬度，尤其是高温人工时效状态下。相应的微观结构表征结果表明，Zn的添加细化了析出相尺寸且改变了合金的析出相类型。在180℃人工时效时，不加Zn合金的主要强化相为β"相，而加Zn合金中除了β"相以外还会析出少量板条相(Q"相和C相)。在250℃人工时效时，不加Zn合金的析出相为粗大的β'相，而加Zn合金的主要强化相仍为β"相。在高温人工时效下，Zn的添加改变了合金的析出相类型，从而出现析出反转现象。　　自然时效对Al-Mg-Si合金存在不利影响，添加Zn可以降低合金自然时效阶段的时效硬化速度。而在后续人工时效阶段，Zn的添加可以降低富Mg合金的自然时效的负面效应。在富Si合金中，Zn的添加使这种负面效应消失。微观结构表征结果显示，富Mg合金经历自然时效后合金的析出相类型从β"相变成β'相，而加Zn合金经历自然时效后合金的主要析出相仍为β"相。Zn的添加导致富Mg合金中自然时效诱导析出反转现象消失。而在富Si合金中，析出相都为β"相，Zn的添加及自然时效的引入没有改变合金的析出相类型，但Zn的添加改善了β"相的尺寸及分布。　　不同Mg/Si比的Al-Mg-Si-Zn合金中自然时效团簇的特性具有显著差异。富Mg合金的自然时效团簇稳定性较好，在人工时效过程中有少部分自然时效团簇易发生溶解。而不易溶解的团簇中，仅有少量可作为强化相的形核点，其余的团簇既不发生溶解也不长大，消耗了用于析出相形核的溶质原子。析出相的形核点减少，导致析出相尺寸粗化。富Si合金的自然时效团簇在后续人工时效中易溶解，溶质原子重新分布，使析出相在基体中均匀形核生长。

目录

声明

第1章绪论

1.1铝合金的应用及研究现状

1.2铝及铝合金的强化机制

1.2.1固溶强化

1.2.2细晶强化

1.2.3第二相强化

1.2.4析出强化

1.3 6xxx 系铝合金的析出转变序列

1.3.1 Al-Mg-Si 合金的时效析出序列

1.3.2 Al-Mg-Si-Cu 合金的时效析出序列

1.4 6xxx 系铝合金自然时效对后续人工时效的影响

1.4.1 6xxx 系铝合金的自然时效过程

1.4.2 6xxx 系铝合金自然时效对后续人工时效的正面影响

1.4.3 6xxx 系铝合金自然时效对后续人工时效的负面影响

1.4.4降低6xxx系铝合金自然时效效应的方法

1.5 Al-Mg-Si(-Cu)-Zn 合金的研究进展

1.6本文的研究内容及意义

第2章实验材料与方法

2.1实验合金的制备

2.2热处理工艺

2.3实验研究方法及样品制备

2.3.1显微硬度测试

2.3.2导电率测试

2.3.3透射电子显微镜观察

2.3.4差示扫描量热分析

第3章 Zn 对 Al-Mg-Si 合金时效析出行为的影响

3.1引言

3.2 Zn 添加对 Al-Mg-Si 合金时效硬化行为的影响

3.3 Zn 添加对 Al-Mg-Si 合金时效析出行为的影响

3.4分析讨论

3.5本章小结

第4章 Zn 对 Al-Mg-Si-Zn 合金自然时效效应的影响

4.1引言

4.2 Zn 添加对富 Mg 的 Al-Mg-Si 合金自然时效效应的影响

4.2.1 Al-Mg-Si(-Zn)合金的自然时效过程

4.2.2自然时效对Al-Mg-Si(-Zn)合金烤漆处理的影响

4.2.3自然时效对Al-Mg-Si(-Zn)合金人工时效硬化行为的影响

4.2.4自然时效对Al-Mg-Si(-Zn)合金析出行为的影响

4.2.5分析讨论

4.3 Zn 添加对富 Si 的 Al-Mg-Si 合金自然时效效应的影响

4.3.1 Al-Mg-Si(-Zn)合金的自然时效过程

4.3.2自然时效对Al-Mg-Si(-Zn)合金烤漆处理的影响

4.3.3自然时效对Al-Mg-Si(-Zn)合金人工时效硬化行为的影响

4.3.4自然时效对Al-Mg-Si(-Zn)合金析出行为的影响

4.3.5分析讨论

4.4 Mg/Si 比对 Al-Mg-Si-Zn 合金自然时效效应的影响

4.4.1 Al-Mg-Si-Zn 合金的差热分析

4.4.2自然时效对Al-Mg-Si-Zn合金导电率的影响

4.4.3 Al-Mg-Si-Zn 合金自然时效效应的机理

4.5本章小结

结 论

参考文献

致 谢

附录A（攻读学位所期间发表的学术论文目录）