超細晶Al-Mg-Si-(Cu)鋁合金的時效析出行為及力學(xué)性能.pdf

1、Al-Mg-Si-(Cu)鋁合金作為可熱處理強化的合金，具有良好的強度、耐蝕性、成形性和可焊接性，應(yīng)用極為廣泛。大塑性變形(SPD)是目前唯一可以生產(chǎn)塊體亞微米、納米結(jié)構(gòu)材料的加工方法，其中等通道角擠壓技術(shù)(Equal Channel Angular Pressing-ECAP)是最容易獲得商業(yè)化生產(chǎn)超細晶(UFG)結(jié)構(gòu)的材料，最具有應(yīng)用前景。時效析出是鋁合金眾多強化機制中最為有效的手段之一，因此，研究超細晶Al-Mg-Si-(Cu)合

2、金的時效析出行為及力學(xué)性能具有重要意義。
　　本文以Al-Mg-Si-(Cu)鋁合金(6013和6061)為研究對象，將時效處理和4道次ECAP結(jié)合起來。通過測試分析不同狀態(tài)下Al-Mg-Si-(Cu)合金的強度、伸長率、硬度和電導(dǎo)率等力學(xué)性能和物理性能;采用差示掃描量熱法(DSC)和熱力學(xué)計算對不同處理態(tài)合金的時效析出行為進行了分析;利用金相分析、透鏡電鏡分析以及X射線衍射等分析測試方法來表征其微觀結(jié)構(gòu)。
　　根據(jù)DSC實

3、驗結(jié)果，利用熱力學(xué)計算得到了不同處理態(tài)6013合金在隨后的加熱過程中各析出相的析出激活能，析出體積轉(zhuǎn)變量f與溫度T的關(guān)系以及隨時間t的轉(zhuǎn)變率df/dt，結(jié)合時效硬度和電導(dǎo)率反映出人工時效析出過程。6013合金在191℃時效過程中的主要析出序列為:Mg、 Si原子富集→GP區(qū)→β"相（亞穩(wěn)相）→β'相（亞穩(wěn)相）→β相（穩(wěn)定相），且計算出析出激活能分別為25.40、31.73、46.91和88.02kJ/mol。對比固溶態(tài)和170℃動態(tài)時效

4、ECAP4道次6013合金在隨后加熱過程中各亞穩(wěn)相析出，發(fā)現(xiàn)ECAP后的析出相的激活能大于固溶態(tài)的析出相的激活能，使得DSC加熱過程中析出相析出變得更加困難。
　　大塑性變形可能極大的提高材料的強度但同時也會導(dǎo)致塑性下降。但是，結(jié)合4道次ECAP和合適的固溶時效工藝能夠明顯提高強度，且塑性下降較小甚至有可能會提高。通過拉伸實驗得出:動態(tài)時效ECAP后6013鋁合金的抗拉強度和屈服強度明顯提高，分別是固溶態(tài)的1-2倍和2-4倍，其中

5、170℃ECAP合金的抗拉強度和屈服強度最大，分別達到356MPa和316MPa，而ECAP和固溶態(tài)的伸長率均約為20％;170℃預(yù)時效1h+室溫ECAP后的6061鋁合金的的抗拉強度和屈服強度最大，分別是427MPa和327MPa，是T6態(tài)的1.16倍和1.57倍，伸長率從23％降到了17％。
　　通過分析XRD射線衍射圖，計算出ECAP4道次后的Al-Mg-Si-(Cu)合金的平均晶粒尺寸、平均晶格應(yīng)變和位錯密度。ECAP后平

6、均位錯位錯密度在0.248×1014m-2～1.757×1014 m-2之間。TEM測得的170℃ECAP4道次后6061合金的晶粒尺寸約為191 nm，而XRD測得的191℃ECAP后的晶粒尺寸約為173 nm。
　　光學(xué)顯微鏡和透射電鏡分析顯示，ECAP后合金晶粒尺寸變小，出現(xiàn)大量的剪切帶，位錯密度分布不均勻。HRTEM測得ECAP樣品中的局部位錯密度高達2.18×1017m-2，比XRD測得的平均位錯密度高3個數(shù)量級。

7、>　　根據(jù)XRD測得的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)，定量分析了各種強化機制對強度的貢獻。計算結(jié)果表明，時效析出相強化是超細晶鋁合金中最重要的強化機制。例如，191℃×4h預(yù)時效+110℃ECAP4道次后的6013合金中，細晶強化貢獻了57MPa的強度，占18％;位錯強化貢獻了44MPa的強度，占14％;時效析出相強化貢獻了202MPa的強度，占63％。HRTEM分析發(fā)現(xiàn)，該試樣中存在尺寸約為4nm的細小球形β"相，表明合金處于峰時效狀態(tài)，證實了時效析出