6063鋁合金動(dòng)態(tài)載荷變形條件下的力學(xué)響應(yīng)和微觀組織演變.pdf

1、可熱處理強(qiáng)化的6系鋁合金，由于具有成型性好、耐腐蝕性強(qiáng)和強(qiáng)度較高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域以替代原有鋼制零部件，是實(shí)現(xiàn)輕量化最理想的結(jié)構(gòu)材料之一。眾所周知，鋁合金結(jié)構(gòu)件在服役過程中除了受靜態(tài)載荷外，還不可避免地要承受動(dòng)態(tài)沖擊載荷。然而，目前有關(guān)6系鋁合金的研究主要集中在中低應(yīng)變速率條件下的變形行為及顯微組織演變，對其在高速?zèng)_擊載荷下的變形行為、本構(gòu)關(guān)系、變形機(jī)制及顯微組織演變的研究還較少。為了提高6系鋁合金結(jié)構(gòu)件在汽車等領(lǐng)域運(yùn)用的可靠性

2、和服役壽命，有必要對鋁合金在沖擊載荷下的力學(xué)響應(yīng)及顯微組織演變進(jìn)行研究。
　　本文以6063鋁合金為研究對象，通過靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓縮變形，研究該合金在不同應(yīng)變速率、不同變形溫度和不同應(yīng)變量條件下的力學(xué)行為，結(jié)合金相顯微鏡、透射電子顯微鏡和X射線衍射儀等先進(jìn)顯微組織表征技術(shù)，探究該合金在變形過程中的顯微組織演變機(jī)制，本文完成的研究工作及主要成果如下:
　　(1)6063鋁合金在高速?zèng)_擊條件下無尺寸效應(yīng)，可以通過減小試樣尺寸來獲得較

3、高的應(yīng)變速率。經(jīng)固溶處理后的鑄態(tài)6063鋁合金在動(dòng)態(tài)沖擊載荷下的應(yīng)變速率敏感性不強(qiáng)，而經(jīng)人工時(shí)效處理后的鑄態(tài)6063鋁合金卻表現(xiàn)出明顯的正應(yīng)變速率敏感性，且其應(yīng)變速率敏感性隨時(shí)效時(shí)間的增加先增加后減小。基于鑄態(tài)6063鋁合金在高速?zèng)_擊載荷下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，提出了一個(gè)包含溫升效應(yīng)和應(yīng)變速率效應(yīng)函數(shù)的Johnson-Cook修正模型。利用該修正模型對鑄態(tài)6063鋁合金在較大應(yīng)變速率范圍內(nèi)的流變應(yīng)力進(jìn)行了預(yù)測，其擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

4、
　　(2)經(jīng)人工時(shí)效處理后的鑄態(tài)6063鋁合金在高速?zèng)_擊載荷下，其析出相能有效阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，且這一效應(yīng)隨變形時(shí)間的減小和析出相彌散化程度的增加而不斷增加，因此材料表現(xiàn)出不同的應(yīng)變速率敏感性。經(jīng)不同時(shí)效處理后合金中析出相在動(dòng)態(tài)沖擊載荷下的演變行為表現(xiàn)出完全不同的特征。在欠時(shí)效合金中發(fā)現(xiàn)了析出相動(dòng)態(tài)析出現(xiàn)象，峰時(shí)效合金的析出相則出現(xiàn)了一定程度的扭曲變形，并有少量回溶現(xiàn)象，但對于過時(shí)效態(tài)合金來說其析出相的變化卻不明顯。此外，各熱處理

5、狀態(tài)合金在沖擊變形后均形成了明顯的<110>織構(gòu)，織構(gòu)強(qiáng)度隨應(yīng)變和應(yīng)變速率的增加而增加。
　　(3)擠壓態(tài)6063-T4鋁合金在低應(yīng)變速率和動(dòng)態(tài)壓縮下的力學(xué)性能都表現(xiàn)出明顯的各向異性。0°方向試樣強(qiáng)度最高，45°方向試樣強(qiáng)度最低。6063-T4鋁合金擠壓棒材中主要織構(gòu)組分為{112}<111>和{110}<111>。對于{112}<111>織構(gòu)，沿著0°，45°和90°方向的最大施密特因子分別為0.27，0.49和0.41。對于{

6、110}<111>織構(gòu)，沿著0°，45°和90°方向的最大施密特因子分別為0.27，0.43和0.41。0°方向施密特因子最小，45°方向施密特因子最大。在動(dòng)態(tài)沖擊過程中，擠壓態(tài)6063-T4鋁合金的原始織構(gòu)隨應(yīng)變量的增加逐漸減弱，并形成新的變形織構(gòu)，應(yīng)變速率對織構(gòu)演變的影響較小。
　　(4)在100℃到400℃的溫度范圍低應(yīng)變速率壓縮時(shí)，擠壓態(tài)6063-T4鋁合金材料的應(yīng)力隨著溫度的升高而降低，合金熱變形過程中的軟化機(jī)制主要為動(dòng)

7、態(tài)回復(fù)。隨著變形溫度升高和應(yīng)變速率減小，原始的擠壓纖維晶粒不斷分解，變形溫度為400℃，應(yīng)變速率為0.01s-1時(shí)，擠壓態(tài)6063-T4鋁合金中出現(xiàn)大量細(xì)小晶粒。
　　(5)在-100℃到400℃溫度范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)壓縮時(shí)，擠壓態(tài)6063-T4鋁合金的應(yīng)力均隨應(yīng)變速率的增加而增加。當(dāng)變形溫度在-100℃到100℃區(qū)間時(shí)，在相同應(yīng)變速率下合金的應(yīng)力隨變形溫度的升高迅速下降，這是由于鋁合金啟動(dòng)交滑移所需要的臨界應(yīng)力隨變形溫度的升高迅速降低。