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中南&重大《MD》：自然時(shí)效時(shí)間對(duì)AlMgSi系合金時(shí)效和析出影響

2020-12-29 11:37:45 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：材料科學(xué)與工程分享至：

鋁合金是節(jié)能減排背景下推廣應(yīng)用的材料。在鋁合金中，6xxx系列合金由于其良好的可成形性和高的機(jī)械性能被稱為最有前途的汽車材料。然而，自然時(shí)效（NA）導(dǎo)致成形性顯著降低，這種影響對(duì)合金的應(yīng)用造成了較大的挑戰(zhàn)。因此，通過(guò)添加其他合金元素（如Cu，Zn和Ag）以減少這些不利影響，但是這些合金元素添加到Al-Mg-Si合金中之后，無(wú)法實(shí)現(xiàn)車身板材所需的烤漆硬化。因此，為了減少自然時(shí)效的負(fù)面影響合金淬火后通常進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理。已有研究表明，通過(guò)調(diào)節(jié)自然時(shí)效時(shí)間和添加Sn能夠減少自然時(shí)效對(duì)后續(xù)人工時(shí)效（AA）硬化行為的負(fù)面影響，但是自然時(shí)效時(shí)間和Sn的添加對(duì)淬火空位的保留以及后續(xù)人工時(shí)效硬化速率的影響尚不明確。

來(lái)自中南大學(xué)、重慶大學(xué)的研究人員通過(guò)在Al-0.4Mg-1.0Si中添加Sn并調(diào)節(jié)自然時(shí)效時(shí)間，分析了對(duì)合金析出和時(shí)效硬化速率的綜合影響。發(fā)現(xiàn)添加Sn能夠抑制團(tuán)簇形成，進(jìn)而抑制自然時(shí)效，少于5天的自然時(shí)效對(duì)含Sn合金后續(xù)人工時(shí)效具有積極影響。相關(guān)論文以題為“Effect of the natural aging time on the age-hardening response and precipitation behavior of the Al-0.4Mg-1.0Si-（Sn） alloy”發(fā)表在Materials and Design。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109307

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本研究共設(shè)計(jì)三種不同Sn添加量的合金，分別是Al-0.4Mg-1.0Si、Al-0.4Mg-1.0Si-0.04Sn、Al-0.4Mg-1.0Si-0.1Sn。鑄錠進(jìn)行540℃×30h均勻化處理，在460℃下從40mm熱軋至7.5mm，進(jìn)行420℃×2h退火處理，再冷軋至1.2mm厚的板材，進(jìn)行570℃×30min的固溶處理（水淬），淬火后在室溫下放置不同時(shí)間（1、3、5、14天），然后進(jìn)行180℃×20h的人工時(shí)效。

圖1 NA期間三種合金的（a）硬度和（b）電阻率的變化

圖2 NA 1天后（a）無(wú)Sn合金；（b）0.04%Sn的合金；（c）0.1%Sn合金的原子圖

圖3 NA處理1天后，Mg/Si比與（a）無(wú)Sn合金；（b）0.04%Sn合金；（c）0.1%Sn合金中團(tuán)簇尺寸的關(guān)系圖

研究發(fā)現(xiàn)含Sn的合金中團(tuán)簇?cái)?shù)量密度較低，表明Sn能夠抑制團(tuán)簇形成。Sn原子能夠擴(kuò)散到Mg-Si共簇中形成含Sn團(tuán)簇，Sn和Mg原子間具有很強(qiáng)的相互作用，更多的Mg原子被吸入含Sn團(tuán)簇中，所以含Sn團(tuán)簇的Mg/Si比和大小比無(wú)Sn團(tuán)簇高。Sn的添加還能夠保留空位，這對(duì)后續(xù)AA也很重要。

圖4 （a）無(wú)Sn、（b）0.04%Sn、（c）0.1%Sn合金人工時(shí)效時(shí)間和硬度的關(guān)系；

（d）無(wú)Sn、（e）0.04%Sn、（f）0.1%Sn合金烤漆前后自然時(shí)效和硬度的關(guān)系

圖5 明場(chǎng)TEM圖像（a）無(wú)Sn合金未自然時(shí)效；（b）0.04%Sn合金未自然時(shí)效；（c）0.1%Sn未自然時(shí)效；（d）無(wú)Sn合金自然時(shí)效1天；（e）0.04%Sn合金自然時(shí)效1天；（f）0.1%Sn合金自然時(shí)效1天；（g）無(wú)Sn合金自然時(shí)效14天；（h）0.04%Sn合金自然時(shí)效14天；（i）0.1%Sn合金自然時(shí)效14天

無(wú)Sn合金的AA硬化率隨先前的NA時(shí)間的增加而迅速降低。然而，隨著NA時(shí)間的增加，Sn添加合金的AA硬化率開始增加，然后降低即在兩種Sn添加合金中觀察到NA對(duì)AA的作用不到5天，硬化效應(yīng)隨NA時(shí)間的增加而降低。但是當(dāng)NA時(shí)間增加到14天時(shí)，效果將變?yōu)樨?fù)面。

總的來(lái)說(shuō)，本研究中，探討了NA時(shí)間和添加Sn對(duì)Al-0.4Mg-1.0Si合金的時(shí)效硬化和析出行為的影響，并提供有關(guān)其潛在機(jī)理的見解，為輕量化材料的成分設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)，有望提升輕量化材料的性能和市場(chǎng)占有率。（文：破風(fēng)）

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