Al-Mg-Si合金板材具有密度低、耐蝕性好以及可回收性等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于新能源汽車的車身板材料。但是，與鋼相比，鋁合金的成形性相對較差，尤其是在180°翻邊成形過程中容易出現(xiàn)開裂。影響Al-Mg-Si合金的彎曲性能因素有：1）織構(gòu)；2）含F(xiàn)e相的形貌、尺寸和數(shù)量；3）再結(jié)晶晶粒尺寸；4）晶界析出相。板材的再結(jié)晶織構(gòu)、析出相、晶粒尺寸與合金成分以及熱加工工藝密切相關(guān)。目前，關(guān)于Al-Mg-Si合金板材的彎曲性能研究的不多，尤其是合金成分以及熱加工工藝對翻邊性能的影響。

重慶大學(xué)、中鋁科學(xué)院和加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)等單位的研究人員設(shè)計了四組不同Mg/Si比的Al-Mg-Si合金，探討了Mg和Si元素含量對合金板材微觀組織、織構(gòu)和彎曲性能的影響，通過SEM、TEM、EBSD和XRD等手段分析了鑄態(tài)、均勻化處理、熱軋和冷軋以及固溶處理后合金中析出相、織構(gòu)的演變。通過VPSC模擬了Al-Mg-Si合金板材的應(yīng)力應(yīng)變行為以及塑性應(yīng)變比r值，討論了板材在180°彎曲過程中的斷裂機理。相關(guān)論文以題為“The effect of Mg and Si content on the microstructure, texture and bendability of Al-Mg-Si alloys”發(fā)表在Materials Science & Engineering A。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141199

作者首先利用ThermoCalc軟件計算了四組不同成分合金的平衡態(tài)析出相，通過SEM+EDS驗證了Al-Mg-Si合金在鑄態(tài)下含有5中析出相：Al5Cu2Mg8Si6相 (Q相)、Mg2Si(β相)、α-Al(FeMn)Si相、β-AlFeSi相、Si相。

圖1合金的背散射SEM圖以及元素面掃描分布圖

Al-Mg-Si合金鑄錠經(jīng)過一系列的熱機械加工（均勻化處理、熱軋、冷軋），最終制備成1mm厚的板材。冷軋態(tài)的Al-Mg-Si合金板材由微米尺寸級的含F(xiàn)e相和Mg2Si相（圖2）、納米尺寸級的彌散相（圖3）組成，這些析出相會影響下一步固溶處理的再結(jié)晶行為。

經(jīng)過固溶處理后，Al-Mg-Si合金板材出現(xiàn)了明顯的再結(jié)晶行為，如圖4所示，通過左下角的極圖可以看出，織構(gòu)的主要類型為Cube。通過XRD進(jìn)一步分析織構(gòu)種類的含量，如圖5所示，織構(gòu)主要由Cube、Goss、Cube-ND、Cube-RD和P組成，通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，約超過60%的晶粒是隨機取向，證明再結(jié)晶是有PSN機制主導(dǎo)。文中通過計算進(jìn)一步分析了不同合金織構(gòu)密度差異的原因。

通過VPSC模擬計算了四組合金板材在T4P態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變行為，以及r值。對比結(jié)果顯示，模擬數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)可以很好地吻合。文中還得出了適用于Al-Mg-Si合金板材的模擬參數(shù)。

在180°彎曲過程中，板材的外表面經(jīng)受了劇烈的塑性變形，塑性變形一般都超過60 %。在傳統(tǒng)的單向拉伸試驗中，由于有necking現(xiàn)象的出現(xiàn)，測試得到的延伸率一般都在30%以下。作者通過對斷裂面的觀測計算，得到了材料的實際斷裂應(yīng)變，如圖7所示。此外，作者采用Datsko and Yang模型，建立了斷裂應(yīng)變與翻邊因子（r/t比）的關(guān)系。

通過SEM觀察Al-Mg-Si合金板材經(jīng)過180°彎曲后的ND × RD面和TD × RD面，可以看出在彎曲過程中，橫截面出現(xiàn)了明顯的45°剪切帶，隨后斷裂沿著剪切帶的方向，由外層至內(nèi)層擴展。局部放大圖可以看出，在白色含F(xiàn)e相的附近，出現(xiàn)了微裂紋的起源。裂紋的擴展路徑：一種類型是沿著剪切帶擴展；另一種是沿著顆粒附近微裂紋的合并成長。從彎曲的斷面可以看出明顯的韌窩，證明Al-Mg-Si合金板材在T4P態(tài)下的斷裂類型為穿晶斷裂，這與之前部分論文報道的沿晶斷裂結(jié)果不符。作者推測，在本論文中，由于淬火過程中冷卻速度較快，來不及形成晶界析出相，所有最終的斷裂類型為塑性的穿晶斷裂。

總結(jié)：本研究系統(tǒng)地探討了不同Mg和Si含量Al-Mg-Si合金板材的微觀組織和彎曲性能，分析了合金在熱加工過程中微觀組織的演變，討論了合金板材在彎曲過程中的塑性變形、裂紋的起源與擴散。本文為設(shè)計高性能的汽車用Al-Mg-Si合金板材提供了理論基礎(chǔ)。