材料合成與制備結(jié)課論文

1、新型6xxx系鋁合金板材熱加工工藝和成分優(yōu)化及其相關(guān)機理研究 學(xué)號：s20161208姓名：李高潔 專業(yè)：材料科學(xué)與工程摘要6xxx系鋁合金作為可熱處理強化的合金，其具有中等的強度、良好的耐蝕性、較好的成形性以及較低的密度，但是成形性能、烤漆硬化能力和彎邊性能等有待進(jìn)一步提高。其中成形性能的提高主要取決于微觀組織和織構(gòu)的調(diào)控，而這主要受合金成分及熱加工工藝的影響。因此，從合金成分和熱加工工藝的角度合理調(diào)控Al-Mg-Si-Cu-Zn系合金的微觀組織以及第二相粒子的尺寸、形狀和分布是實現(xiàn)成形性能優(yōu)化的有效方法。本文首先針對中鋁科學(xué)技術(shù)研究院制備的新型Al-Mg-Si-Cu-Zn合金采用不同熱加工

2、工藝對組織和織構(gòu)演變的影響進(jìn)行了研究，并且優(yōu)化出一種較好的熱加工工藝。其次設(shè)計開發(fā)了新型6xxx系鋁合金(Mn和Zn元素均有變化)，研究Mn元素的變化對合金基體內(nèi)富鐵相粒子尺寸、形狀及分布的影響，以及Zn元素的添加對合金微觀組織、織構(gòu)及性能的影響。隨著新型Al-Mg-Si-Cu-Zn合金在中間退火前冷軋變形量的增加，使合金基體內(nèi)的粒子得到充分破碎及獲得較大的形變儲能，使得中間退火后細(xì)小的第二相粒子能夠更加充分回溶進(jìn)基體，而一些細(xì)小且難溶的富鐵相粒子仍然保留在合金基體上。因此合金的再結(jié)晶組織和織構(gòu)將會發(fā)生顯著變化，并使T4P態(tài)合金的力學(xué)性能達(dá)到最優(yōu)。對于新設(shè)計開發(fā)的6xxx系鋁合金，隨著Mn含量

3、的改變，合金的組織、再結(jié)晶織構(gòu)和性能都會發(fā)生一定程度的變化。Mn含量的提高，會增加基體內(nèi)富鐵相粒子的濃度，變形過程中會形成不同尺度的粒子，它們之間在再結(jié)晶時的協(xié)同配合作用，可以顯著使得再結(jié)晶晶粒的細(xì)化以及織構(gòu)弱化，塑性應(yīng)變比r值的提高。添加Zn元素能夠顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒，對再結(jié)晶織構(gòu)的影響不大。關(guān)鍵詞：Al-Mg-Si-Cu-Zn合金，熱加工工藝，織構(gòu)，成形性，析出規(guī)律1 引言 隨著對汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和排放控制要求的提高，人們將目光集中在通過替代材料、改進(jìn)設(shè)計或者先進(jìn)的制造工藝找到制造輕量化汽車的方法。燃料經(jīng)濟(jì)性的改善和排放控制是當(dāng)今汽車工業(yè)面臨的兩個最重要的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對能源危機以及利益惡化

4、的環(huán)境問題，各國政府頒布了一系列的政策來應(yīng)對這種挑戰(zhàn)。例如在美國，汽車的平均油耗受政府頒布的CAFE(汽車制造廠平均油耗)標(biāo)準(zhǔn)約束。對于轎車，CAFE標(biāo)準(zhǔn)從1978年最初的18mile/gal增加到目前的27.5mile/gal，并且計劃到2020年增加到35mile/gal。這些標(biāo)準(zhǔn)制定的目的都是為了改善燃油經(jīng)濟(jì)性以及減少環(huán)境污染和產(chǎn)生溫室效應(yīng)的主要因素CO2，而減輕汽車裝備質(zhì)量是實現(xiàn)汽車節(jié)能減排的重要舉措。因此，汽車輕量化技術(shù)將成為未來二十年汽車發(fā)展的重要突破點，其中汽車輕量化主要通過油畫機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、選用新型輕質(zhì)化材料、采用先進(jìn)的生產(chǎn)加工工藝等手段去實現(xiàn)，而材料的合理選用對汽車的輕量化起

5、著至關(guān)重要的作用。汽車燃料經(jīng)濟(jì)性受很多因素影響，包括車輛動力需求、車速、發(fā)動機和汽車燃料經(jīng)濟(jì)性受很多因素影響，包括車輛動力需求、車速、發(fā)動機和變速器效率以及燃料類型等。其中車輛動力需求中的車輛加速、爬坡、以及克服輪胎與路面之間的滾動阻力與汽車的重量成正比，因此減輕汽車重量可以明顯降低車輛的動力需求，因而可以改善汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性。研究表明，汽車重量每減少10%，就可以節(jié)油5%8%(Brooke and Evans，2009)。在溫室效應(yīng)方面，汽車重量每減輕100kg，可以減少CO2排放12.5g/km1。而實現(xiàn)汽車輕量化的途徑有：小型化，發(fā)展小排量汽車；結(jié)構(gòu)的合理化，汽車及零部件的優(yōu)化設(shè)計；輕量

6、化材料的應(yīng)用，即使用輕量化材料來代替目前使用最多的鋼鐵材料。近年來汽車用鋼材的占有量不斷下降,鋁、鎂等輕合金及塑料、復(fù)合材料的應(yīng)用大幅增加2。當(dāng)代汽車正朝著輕量化、高速、安全、舒適、低成本、低排放與節(jié)能的方向發(fā)展，節(jié)能、安全、環(huán)保是汽車現(xiàn)代化發(fā)展的三大主題。為了減輕重量、提高速度、節(jié)約能源，減少汽車尾氣對空氣的污染和保護(hù)日益惡化的臭氧層，鋁材很快進(jìn)入了汽車工業(yè)領(lǐng)域3。低碳鋼和鑄鐵是20世紀(jì)70年代以前汽車工業(yè)的重負(fù)荷機器材料。如表1-1所示，現(xiàn)在的汽車主要使用低碳鋼和高強度鋼，盡管部分低碳鋼被替代，但直至今天，鋼比其他任何材料用得都多。然而，隨著對汽車輕量化要求的提高，材料方案迅速轉(zhuǎn)變，包括了

7、鋁合金、鎂合金、以及聚合物基復(fù)合材料(Powers，2000)1。作為鋼和鐵替代材料的首選金屬是鋁，這是因為鋁的密度只有鋼或鐵的1/3，用在汽車上可以將同樣鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量減小一半，而且它永不生銹。表1-2列出了鋁合金的部分特點及其在汽車上的部分應(yīng)用情況4。 表1-1 典型汽車用材料的構(gòu)成1材料占汽車重量的百分比主要應(yīng)用部位鋼55%車身結(jié)構(gòu)、車身板件、發(fā)動機和變速器部件、虛假部件、傳動系統(tǒng)部件鑄鐵9%發(fā)動機部件、制動、懸架鋁8.5%發(fā)動機缸體、車輪銅1.5%導(dǎo)線、電器部件聚合物(塑料)和樹脂基復(fù)合材料9%內(nèi)飾件、電器和電子部件、發(fā)動機罩下部件、油管人造橡膠4%輪胎、裝飾、密封件玻璃3%玻璃窗其他1

8、0%地毯、液體、潤滑材料等表1-2 鋁合金材料的優(yōu)點及其在汽車上的部分用途4用途優(yōu)點缺點變速器外殼、汽油泵、化油器重量輕、強度高、耐腐蝕鋁合金較脆，易出現(xiàn)小裂紋，且不易被發(fā)現(xiàn)；其強度也沒有鋼質(zhì)圈高；在鑄造時有可能出現(xiàn)沙眼;無內(nèi)胎車胎容易出現(xiàn)虧氣；價格比較高。發(fā)動機活塞及汽缸蓋添加強化元素后，強度大大提高，質(zhì)輕，散熱性好鋁制車圈質(zhì)輕，散熱性好，并具有良好的外觀現(xiàn)在鋁在汽車結(jié)構(gòu)、動力傳動系統(tǒng)、附屬裝置中的應(yīng)用使得所生產(chǎn)的汽車更輕、更安全、其加速性、操控性以及制動等性能更好。這些重量更輕的汽車油耗更低，溫室氣體排放更少，污染更低。通過對全世界鋁生產(chǎn)的廣泛研究，用鋁替代鋼材的能量平衡表明：基于通常被人

9、們接受的估計，汽車重量每減輕10%，平均節(jié)油5%6%，因此用于中等尺寸轎車上的每1t鋁，在汽車的整個使用壽命內(nèi)平均可減少二氧化碳18t1。另外，由于鋁礦石生產(chǎn)鋁比用鐵礦石生產(chǎn)鐵需要消耗更多的能量。但循環(huán)利用鋁重新熔融消耗的僅是最初生產(chǎn)是消耗能量的5%。如果報廢車輛中的鋁有95%被循環(huán)利用，那么第二代在其使用壽命周期內(nèi)就可以明顯降低平均的溫室氣體排放量1567。在一輛典型的現(xiàn)代轎車中，汽車車身約占總重的30%，其覆蓋件使用的材料主要是鋼板，若通過使用鋁合金來代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼板，可使汽車車身減重約40%50%，從而整車將會減重10%左右，因此通過使用鋁合金汽車板來減輕汽車自重的效果是可觀的。目前，國外中

10、高級轎車，如亨利·福特Model T型汽車、法拉利360賽車、奧迪A2和A8、福特Prodigy、本田Insight等，采用了全鋁車身。在歐洲，從高級車型到普通車型都在關(guān)注鋁合金面板的使用。據(jù)2009年的歐洲車身會議資料上報導(dǎo)，一些典型車型應(yīng)用變形鋁合金已達(dá)2530kg8。在北美，為了突破CAF規(guī)定的難關(guān)，對一些批量生產(chǎn)的車型也已經(jīng)開始采用鋁合金面板。在日本，鋁合金汽車面板的使用也已從賽車轉(zhuǎn)向輕型汽車，頂蓋、車頂、行李箱、后門等也開始采用鋁合金4。近年來，我國汽車制造和研究水平正迅速向世界先進(jìn)水平靠攏，國內(nèi)鋁加工企業(yè)為汽車工業(yè)配套研制和開發(fā)新型鋁合金材料已作了一些工作，如可以批量生產(chǎn)

11、汽車鋁車窗、貨架、踏板、鋁箔等，能部分生產(chǎn)汽車用鋁壓鑄件、低壓鑄件和鋁車輪；西南鋁、東北輕合金和晟通等企業(yè)也一直在探索鋁合金板在汽車上的應(yīng)用，并以小批量供貨給部分汽車和轎車廠。目前，一汽奔騰系列、長安CV、吉利NL-1、奇瑞A5、東風(fēng)客車、東風(fēng)商用車和宇通城市快巴ZK6126HGE等車型，也已經(jīng)開始使用鋁合金覆蓋件和鋁合金蒙皮9。但是由于鋁板成本高、質(zhì)量與國外相比有一定的差距，且汽車車身板生產(chǎn)線技術(shù)含量高、工藝復(fù)雜，國內(nèi)汽車用鋁發(fā)展不平衡，鋁輪轂發(fā)展過熱等原因，國內(nèi)汽車車身板的開發(fā)應(yīng)用基本處于起步階段。雖然目前鋁合金汽車車身板的應(yīng)用與汽車鋼板相比還未形成一定規(guī)模，但其已在部分汽車覆蓋件中實現(xiàn)了

12、對汽車鋼板的替代，尤其是全鋁汽車的成功進(jìn)入市場，讓鋁合金汽車車身板的大批量商業(yè)應(yīng)用成為可能，從而開發(fā)新型鋁合金汽車車身板的前景十分廣闊1011。因此，本文將從改變熱加工工藝及優(yōu)化合金成分的角度出發(fā)，擬對新型Al-Mg-Si-Cu-Zn系合金板材的組織、織構(gòu)、性能的影響規(guī)律進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究。希望通過此研究，能夠?qū)ζ囕p量化用新型Al-Mg-Si-Cu-Zn系鋁合金板材的開發(fā)、加工及商業(yè)應(yīng)用起到一定的指導(dǎo)作用。2.1.1 常見的汽車用鋁合金板材的分類及應(yīng)用一般用于乘用車和輕型貨車的鋁合金板件主要由加工硬化5xxx(Al-Mg)系鋁合金和時效硬化6xxx(Al-Mg-Si)系鋁合金制造。加工硬化鋁

13、合金系列如5182、5454和5754等，以回火條件O的退火狀態(tài)下提供；時效硬化鋁合金系列如6009、6022、6111等，以回火條件為T4和T41固溶退火和穩(wěn)定的狀態(tài)下提供。幾種常見的鋁合金車身薄板的力學(xué)性能和成形性能參數(shù)見表2-1。表2-1 幾種常見的車身用鋁合金板材的性能1材料屈服強度/MPa抗拉強度/MPa伸長率（%）應(yīng)變硬化指數(shù)（n）塑性應(yīng)變率(r)5182-O130275240.330.805454-O115250220.300.805754-O100220260.300.806009-T4125220250.220.646009-T6226030011-6111-T4150280

14、260.280.706111-T6232036011-6061-T627531012-（1）5xxx(Al-Mg)系5xxx系鋁合金中的Mg固溶于鋁中，形成固溶強化效應(yīng)，使該系合金具有接近普碳鋼板的強度，成形性、抗腐蝕性能優(yōu)，用于內(nèi)板等形狀復(fù)雜的部位。一般以O(shè)（退火）狀態(tài)使用，強度較低，通常用于汽車內(nèi)板、空氣濾清器和行李艙蓋等形狀復(fù)雜的部位12。其退火態(tài)的強度主要由Mg原子的固溶強化和細(xì)晶強化所決定，符合Hall-Petch關(guān)系，其中的Petch參數(shù)受Mg含量和晶粒形狀、織構(gòu)的影響，晶粒尺寸對其強度的比其它系鋁合金強度的影響大得多。但是Al-Mg系合金中當(dāng)Mg含量大于2%時，隨Mg含量增加，組

15、織中逐漸出現(xiàn)（Mg5Al8）相，相隨溫度升高而迅速軟化，共晶含量少，耐熱性差。Al-Mg系的固溶強化易導(dǎo)致出現(xiàn)呂德斯線（由于屈服點伸長而出現(xiàn)的一系列新的臺階或鋸齒狀變形帶）和延遲屈服，當(dāng)晶粒尺寸過大時，就會出現(xiàn)“桔皮”現(xiàn)象，這會嚴(yán)重影響板材外觀13。雖然5xxx系鋁合金具有優(yōu)良的成形性，但是該系合金強度比2xxx系和6xxx系強度低，呂德斯線和桔皮效應(yīng)的出現(xiàn)容易導(dǎo)致板材表面起皺，出現(xiàn)滑移帶，使得板材的表面質(zhì)量變壞，甚至噴漆后也不能完全消除，并且噴漆烘烤過程中會軟化。所以5xxx系合金只用在對表面質(zhì)量要求不嚴(yán)格的汽車內(nèi)板上。（2）6xxx(Al-Mg-Si)系6xxx系鋁合金是以Mg和Si為主要

16、合金元素并以Mg2Si相為主要強化相的可熱處理強化鋁合金。該系合金具有中等強度，耐蝕性高，無應(yīng)力腐蝕破裂傾向，焊接性能好，成型工藝良好，易著色，綜合性能優(yōu)良14。其最大的特點是能在固溶處理淬火后具有較低屈服強度的狀態(tài)下供貨，具有良好的沖壓成形能力，并能在最終的烤漆處理過程中獲得進(jìn)一步強化15。與2xxx系鋁合金相比，6xxx系鋁合金抗腐蝕性能優(yōu)越。6xxx系鋁合金與5xxx系鋁合金相比有Hall-Petch參數(shù)0相對較高的優(yōu)點，其原因主要是室溫時效時形成了共格原子集團(tuán)。而且6xxx系合金變形時不會出現(xiàn)呂德斯延遲，這是因為合金中的Mg含量較低，其它可溶性的元素Si和Cu以共格原子集團(tuán)的形式束縛了

17、Mg，降低其擴(kuò)散速度，而不易于形成釘扎位錯的有效原子氣團(tuán)16。除此之外，6xxx系鋁合金的屈服強度對晶粒尺寸的依賴程度要比5xxx系鋁合金弱，即晶粒尺寸對材料屈服強度的貢獻(xiàn)不明顯，這樣就有利于成形部分保持光滑表面。但對于6xxx系合金，重要的是通過固溶處理來獲得時效硬化效應(yīng)，同時控制再結(jié)晶組織特別是晶粒形態(tài)和織構(gòu)來實現(xiàn)板材性能的各向同性。然而，再結(jié)晶所形成的最終組織取決于再結(jié)晶之前板材組織中第二相粒子的大小、分布以及亞結(jié)構(gòu)。此外，還受合金化以及加熱速度等的影響?？刂畦T造、軋制及隨后進(jìn)行的熱處理等整個熱加工工序過程中合金相的析出可顯著地影響合金的再結(jié)晶行為和結(jié)晶織構(gòu)17。而合金化的主要目的之一就

18、是考慮控制合金相的形成對機械性能和成形性能的影響。經(jīng)熱處理(如:T4、T6、T8)的6xxx系鋁合金板材，能夠很好地滿足汽車對殼體的要求，用做車身框架材料。T4態(tài)的6xxx系合金板材屈服強度和抗拉強度接近冷軋鋼板的值，n值大于或等于冷軋鋼板的n值18。目前，國外鋁制車體大型材用鋁合金主要采用6xxx系列合金，如6009、6010、6111、6181A等，美國汽車制造商多選用具有較高強度的6111，歐洲更多采用具有較好成形性能的601619。日本為了使型材達(dá)到緩沖目的、增加抗沖擊強度，十分注重使用6xxx系合金的“口”、“日”、“目”、“田”字形狀的薄壁和中空型材20。這種復(fù)雜斷面形狀的鋁合金型

19、材，不僅具有重量輕、強度高和抗沖擊性好等特點，而且具有很好的擠壓成型性能，容易制作，所以在汽車上將得到廣泛應(yīng)用。德國VAW、日本KOK、中國西南鋁加工集團(tuán)均以此合金為基礎(chǔ)產(chǎn)生了車體大型材。伴隨著汽車輕量化技術(shù)的不斷發(fā)展以及國家出臺相關(guān)的新能源政策，作為汽車輕量化技術(shù)重要組成部分的汽車用鋁合金板材的應(yīng)用前景將十分廣闊。綜合所述，6xxx系鋁合金板材以其良好的綜合性能而成為發(fā)展汽車車身用鋁合金板的重要趨勢。因此，目前對于高成形性能的6xxx系汽車車身用鋁合金板材的研究熱度也越來越高。2.1.2 6xxx系鋁合金的時效析出行為合金的強度主要依靠的是基體與沉淀相組織，它們是決定合金強度的主要因素。在固

20、溶處理后的時效過程中，會不可避免地存在一些亞穩(wěn)的沉淀中間相析出，從而使Al-Mg-Si系合金的脫溶析出過程較為復(fù)雜。一般認(rèn)為其主要的析出序列為：過飽和固溶體(SSSS)團(tuán)簇/GP區(qū)b相b相b相212425。然而，當(dāng)少量的Cu元素或過剩的Si元素加入到Al-Mg-Si系合金中以后，其脫溶時效析出序列將變?yōu)椋哼^飽和固溶體(SSSS)團(tuán)簇/GP區(qū)相+U1+U2+B/Q相+Q相262728。其中團(tuán)簇和GP區(qū)是球形，和基體完全共格，并在后續(xù)的時效過程中，可以作為相的形核位21；b相通常具有3個<100>Al方向的針狀形貌，一般是6xxx系鋁合金最主要的強化相2930；而, U1, U2, B

21、/Q相的形貌一般具有棒狀或板狀23。其中Mastuda等人22在含過剩Si的合金中也將U1, U2和B相分別稱為Type-A, Type-B和Type-C相，這些沉淀相幾乎和b相同時從鋁基體中析出；而亞穩(wěn)的Q相則往往只出現(xiàn)在Al-Mg-Si-Cu系合金中，它具有和B相基本相同的點陣參數(shù)，但成分略微有點差別，其主要差異在于是否存在Cu原子27；最終，從Al-Mg-Si-Cu系合金中析出來的平衡b相是具有CaF2類的面心立方(fcc)的晶體結(jié)構(gòu)，而Q相這具有Th7Si類的六方(hcp)的晶體結(jié)構(gòu)3132。3 實驗研究方法 3.1 研究思路研究通過改變熱加工工藝來調(diào)控不同尺度和形狀的富鐵相粒子在鋁基

22、體中的分布密度，進(jìn)而改善Al-Mg-Si-Cu-(Zn)合金的成形性能。確定了一種較佳的熱加工工藝之后，又進(jìn)一步研究了通過優(yōu)化合金成分來使富鐵相粒子的尺寸和形貌更加細(xì)小，分布更加均勻，從而為制備出成形性能良好的6000系板材提供一定的依據(jù)。3.2 合金顯微組織觀察3.2.1 金相(OM)組織觀察金相試樣使用不同粗細(xì)的砂紙進(jìn)行逐級打磨，每更換一次砂紙試樣旋轉(zhuǎn)90°，并且力度減小一級，最后用2000#砂紙將打磨好的試樣分別使用2.5和1.0的金剛石拋光膏進(jìn)行機械拋光。直到顯微鏡觀察無較為明顯的劃痕，即可使用keller試劑(體積配比為HF:HCl:HNO3:H2O=1:1.5:2.5:9

23、5)30s至3min。最后合金板材在不同狀態(tài)下的晶粒尺寸、晶內(nèi)及晶界析出相的金相組織觀察是在Axio Imager A2m金相顯微鏡下進(jìn)行的。3.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察及能譜分析技術(shù)(EDS) 掃描試樣的制備和金相試樣的制備大體一致，合金的組織形貌觀察和物相鑒定是在帶有DX-4型能譜儀能譜儀(EDS)的ZEISS-SUPRA55場發(fā)射掃描電子顯微鏡上進(jìn)行的，加速電壓為20 kV，利用二次電子圖像(SE2)和背散射圖像(AsB)模式以觀測不同狀態(tài)下的組織形貌及析出相。3.2.3 透射電子顯微鏡(TEM)觀察透射樣品的制備過程如下：通過線切割切取15×15的正方形方片，然后

24、再讓線切割減薄至700-800m。之后通過240#、400#、800#、1500#、2000#砂紙機械減薄至100m左右。在砂紙打磨樣品的過程中注意每隔一段時間對樣品旋轉(zhuǎn)90°再繼續(xù)打磨，且在打磨時手要平穩(wěn)，用力均勻，砂紙要經(jīng)常用水清洗。最后將用沖孔器制成的直徑為3mm的小圓片使用2000#的砂紙輕輕打磨掉毛刺，再用把樣品泡在甲醇溶液里超聲波清洗3-5min。隨后3的樣品在MTP-1A雙噴減薄儀進(jìn)行雙噴電解減薄。雙噴液的配比為30%（體積分?jǐn)?shù)）HNO3和70%（體積分?jǐn)?shù)）CH3OH混合溶液，雙噴時利用液氮把溫度控制在-25-30，電壓為1520V，電流為5070mA。圖3-1 MTP

25、-1A雙噴電解減薄儀的工作原理通過雙噴減薄獲得的樣品將使用配有EDS能譜分析的Tecanai G2 F20 S-TWIN型場發(fā)射透射電子顯微鏡觀察合金顯微組織形貌及析出相HRTEM表征，操作電壓200kv，微觀組織的形貌和HRTEM圖像是在是在001Al帶軸下獲得的。3.3 高分辨透射電子顯微分析使用Gatan 公司開發(fā)的DigitalMicrograph3.7.0版軟件對HRTEM 照片做快速傅立葉(FFT)轉(zhuǎn)換，然后對FFT圖像進(jìn)行濾波處理已消除噪音，之后對其進(jìn)行反快速傅立葉(IFFT)轉(zhuǎn)換，從而得到周期性較強的圖像信息。3.4 晶胞結(jié)構(gòu)建立及衍射斑點模擬分析通過查找文獻(xiàn)資料，得到Al基體

26、以及相關(guān)析出相的晶體參數(shù)，再使用CrystalMaker軟件分別建立晶胞結(jié)構(gòu)，再使用SingleCrystal軟件模擬其在特定帶軸下的衍射斑點。3.5 拉伸性能測試依據(jù)GB/T 3076與GB/T 228，GB/T 5027以及GB/T 5028標(biāo)準(zhǔn)，對合金板材的拉伸性能，塑性應(yīng)變比r值以及應(yīng)變硬化指數(shù)n值進(jìn)行測試，拉伸試樣的3種不同尺寸規(guī)格如圖3-2所示，所用設(shè)備為MTS-810電液伺服萬能力學(xué)實驗機，測試時拉伸機的拉伸速率為33.5mm/min。合金板材T4P態(tài)力學(xué)性能測試在沿與軋向成0°、45°、90°三個方向進(jìn)行測試，模擬烤漆態(tài)(BH態(tài))的性能只進(jìn)行0&#

27、176;方向的力學(xué)性能測試，通過本實驗得到的拉伸性能數(shù)據(jù)有屈服強度0.2、抗拉強度b、斷后伸長率A，塑性應(yīng)變比r值以及應(yīng)變硬化指數(shù)n值。圖3-2 拉伸試樣的尺寸規(guī)格(mm)3.6 X射線衍射（XRD）分析試樣的軋制織構(gòu)織構(gòu)測試在D5000 型X射線衍射儀上進(jìn)行，管電壓為35kV，管電流為28mA，采用CuK輻射，Ni濾波片，利用Schulz背散射法測量(111)、(200)和(220)極圖，測量數(shù)據(jù)經(jīng)散焦和基底修正后，采用Bunge級數(shù)展開法計算取向分布函數(shù)（ODF），結(jié)果用恒2角截面表示。試樣制備步驟如下：通過線切割將樣品切成尺寸為25mm（軋向）×20mm（垂直于軋向）大小的長方

28、形片，然后通過400#砂紙打磨至板材原始厚度的四分之三，最后用酒精進(jìn)行清洗即可。為避免最終的試樣產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力及晶格畸變在制樣過程中用力要適中且均勻。此外，每隔一段時間需把試樣旋轉(zhuǎn)90°再磨，從而防止試樣磨偏，確保試樣厚度均勻。3.7 電子背散射衍射（EBSD）分析利用電子背散射衍射（EBSD）分析合金的再結(jié)晶織構(gòu)，分析數(shù)據(jù)的采集是在配備了EBSD探頭的SUPRA55型場發(fā)射掃描電子顯微鏡上進(jìn)行的。數(shù)據(jù)采集前先進(jìn)行探測系統(tǒng)的對中校正，然后相對入射電子束轉(zhuǎn)動樣品，利用掃描電鏡中的掃描系統(tǒng)對樣品所需測試區(qū)逐點掃描，工作電壓為20kV，工作距離為15mm20mm，樣品傾斜角度為70

29、76;，掃描步長一般由平均晶粒尺寸決定，一般為平均晶粒尺寸的五分之一。最后將采集到的數(shù)據(jù)通過Channel 5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而得到晶粒形貌、晶粒取向、取向分布函數(shù)（Orientation Distribution Functions，簡稱ODF）、極圖等信息。在進(jìn)行EBSD實驗時，EBSD探頭、樣品與掃描電鏡產(chǎn)生的入射電子束之間的關(guān)系如圖3-3所示，放入掃描電鏡樣品室內(nèi)的樣品經(jīng)大角度傾轉(zhuǎn)后，通過減小背散射電子射出表面的路徑以獲取足夠強的背散射衍射信號，入射電子束與樣品表面發(fā)生作用，產(chǎn)生衍射效應(yīng)和菊池帶，將衍射椎體組成的三維花樣投影到低光度磷屏幕上，在二維屏幕上被截出相互交叉的菊池帶花樣，

30、花樣被后面的CCD相機接收，經(jīng)圖像處理器處理，由抓取圖像卡采集到計算機中，計算機經(jīng)過Hough 轉(zhuǎn)換，自動確定菊池帶的位置，寬度，強度，帶間夾角，并與對應(yīng)的晶體學(xué)數(shù)據(jù)庫中的理論值進(jìn)行比較，標(biāo)出對應(yīng)的晶面指數(shù)與晶帶軸，并計算出所測晶粒晶體坐標(biāo)系相對于樣品坐標(biāo)系的取向。圖3-3 EBSD測試原理示意圖4 結(jié)論 （1）通過研究不同熱加工工藝發(fā)現(xiàn)，中間退火前較大的冷變形量有助于提高合金板材T4P態(tài)的成形性能，并且粗細(xì)尺寸搭配的再結(jié)晶晶粒特征對成形性能的提高較為顯著。而合金的織構(gòu)演化明顯受熱加工工藝影響，三種工藝下的冷軋態(tài)和固溶淬火態(tài)織構(gòu)組分和強度均明顯不同，采用工藝III制備的成形性能較好的合金板材冷

31、軋態(tài)同時含有Goss011<100>,和取向線織構(gòu)以及較弱的取向線織構(gòu)，而固溶淬火態(tài)雖然織構(gòu)組分較多，但是整體強度卻較低。（2）新型Al-Mg-Si-Cu-Zn合金板材在后續(xù)人工時效過程中具有優(yōu)異的快速時效響應(yīng)特性，這有助于快速提高合金板材T4P態(tài)的烘烤響應(yīng)速率，在實際生產(chǎn)中具有較大的應(yīng)用價值。此外，通過分析T6態(tài)峰時效拉伸斷口可以看出其為典型的塑性斷裂。Al-Mg-Si-Cu-Zn合金雖然含有元素Zn但是其析出相并未出現(xiàn)Mg-Zn相，峰時效和過時效態(tài)分別以,和Q相為主，其與基體均滿足一定的取向關(guān)系，同時峰時效后b主要沿b軸方向生長最后轉(zhuǎn)化為b和Q相，合金具有較好的時效穩(wěn)定性。（3

32、）通過在傳統(tǒng)Al-Mg-Si-Cu系合金中引入不同尺度的第二相粒子，并結(jié)合之前課題組已開發(fā)的合金成分，分別設(shè)計了六種成分的新型6xxx系鋁合金，并發(fā)現(xiàn)同時添加Mn和Zn兩種元素能顯著提高合金T4P態(tài)的成形性能。隨著合金Mn元素的增加，合金中粗大的第二相粒子尺寸及數(shù)量明顯增多，并通過和細(xì)小粒子在再結(jié)晶過程中的相互配合及協(xié)調(diào)作用，使得再結(jié)晶晶粒尺寸不斷減小，織構(gòu)逐漸弱化，表征合金薄板成形性能的塑性應(yīng)變比r值逐漸增加。此外，Zn元素對合金板材T4P態(tài)的力學(xué)性能產(chǎn)生比較明顯的影響，而對合金板材不同狀態(tài)下的組織影響較小，而且合金板材中添加Zn元素能夠顯著降低再結(jié)晶晶粒的尺寸，并使合金板材T4P態(tài)的屈服和

33、抗拉強度顯著提高。（4）通過改變熱加工工藝和優(yōu)化合金成分均可以合理調(diào)控合金基體內(nèi)的不同尺度的第二相粒子分布，并使其對合金的組織及織構(gòu)演化產(chǎn)生重要影響，從而改善合金板材的成形性能。參考文獻(xiàn)1 (美)邁利克汽車輕量化：材料、設(shè)計與制造M機械工業(yè)出版社，20122 王孟君，黃電源，姜海濤汽車用鋁合金的研究進(jìn)展J金屬熱處理，2006，31(9)：34-383 劉靜安，盛春磊，劉志國，等鋁材在汽車上的開發(fā)應(yīng)用及重點新材料產(chǎn)品研發(fā)方向J鋁加工，2012(5)：4-164 朱久發(fā)國外汽車面板用鋁合金材料J冶金信息導(dǎo)刊，2005(1)：25-285 Scheps, R. The Battle for Mark

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