【摘 要】
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随着能源环境问题日益突出,节能减排已经成为汽车行业发展的一大趋势。轻量化技术是促进节能减排、新能源汽车生产应用的重要途径,其中铝合金热冲压淬火及离线时效工艺近些年得到广泛关注。但是其突出的问题在于铝合金固溶时效热处理周期长,批量生产成本居高不下,本文基于上述工艺思路,尝试探索一种可行的铝合金快速固溶-时效工艺方法,从而有助于降低高强铝合金热冲压成形及时效的工艺成本。本文主要以6061铝合金薄板为研
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随着能源环境问题日益突出,节能减排已经成为汽车行业发展的一大趋势。轻量化技术是促进节能减排、新能源汽车生产应用的重要途径,其中铝合金热冲压淬火及离线时效工艺近些年得到广泛关注。但是其突出的问题在于铝合金固溶时效热处理周期长,批量生产成本居高不下,本文基于上述工艺思路,尝试探索一种可行的铝合金快速固溶-时效工艺方法,从而有助于降低高强铝合金热冲压成形及时效的工艺成本。本文主要以6061铝合金薄板为研究对象,探索了不同热处理参数对合金组织性能的影响因素,揭示了快速固溶-时效热处理机制,获得了理想的热处理工艺参数,可为实际铝合金热冲压成形生产工艺提供一定的技术支持。本文通过单向拉伸试验、OM、SEM、XRD分析方法研究了不同固溶加热方式、固溶温度和固溶保温时间条件下的6061铝合金组织性能的变化规律。发现6061铝合金基体上主要有Mg2Si相和Al Fe(Mn Cr)Si相,其中Mg2Si相随着固溶温度的升高、固溶时间的延长逐渐溶入基体,起到固溶强化作用。相同固溶温度下,盐浴固溶效率比常规电阻炉固溶更高,Mg2Si第二相回溶更快。此外,盐浴固溶温度越高,Mg、Si合金元素回溶加快,固溶处理后合金的强度越大,但温度不宜过高,高温下铝合金晶粒易长大甚至过烧,导致合金强度降低。随着固溶时间的延长,合金强度先快速增大后趋于稳定,这由于前期合金元素快速固溶,后期仅少量元素固溶强化效果不明显。得到最佳的快速固溶热处理参数为:盐浴固溶560℃×1.5min,此时铝合金抗拉强度σb=252MPa,屈服强度为σ0.2=128MPa,伸长率为δ=24.4%。通过热电偶测温方法测试了6061铝合金板材在盐浴、油浴、常规空气电阻炉中的升温曲线。就固溶加热方式而言,盐浴固溶升温速率远高于常规空气炉固溶,短时间内快速升温到固溶温度,有利于合金元素扩散,增加空穴浓度,加快T4\T6热处理进程;时效加热方式油浴升温速率也高于空气炉,可增加有效时效保温时长,原子活动性迅速增强,合金元素快速扩散,有利于加快时效进程。通过不同时效热处理参数下的拉伸试验和显微硬度测试,研究了不同时效加热方式、时效温度和时效时间对于T6态铝合金力学性能的影响规律。相同时效温度和保温时间下,油浴时效后的合金强度更高;时效温度升高,强度达到最大时效强度所需时效时间越短,但是时效温度超过200℃后,会导致峰时效强度、硬度降低。理想的快速时效热处理参数为:油浴时效200℃×1h,此时T6态合金抗拉强度为σb=362MPa,屈服强度σ0.2=327MPa,伸长率为δ=13.1%,硬度131HV。通过TEM、HRTEM、SAED、STEM对6061铝合金200℃、230℃的时效样进行了显微组织分析,发现不同时效温度、时效时间下的沉淀相有差异。200℃×1h(峰时效)的析出相主要是针状β’’相,与基体完全共格,尺寸大约为20~50nm,产生大的弹性应变场;之后延长时效保温时间至3h,β’’相长大形成半共格β’相,弥散强化效果减弱,合金强度、硬度降低;而时效温度上升至230℃,保温30min时强度最高,合金析出相组织有β’’相和β’相,说明此β’’相含量降低,导致最终时效强化效果减弱。
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