{首页主词},&

《Acta Materialia》一種新工藝！減輕自然時效對6系鋁合金不利影響

2021-01-05 11:00:01 作者：本網(wǎng)整理來源：材料科學(xué)與工程分享至：

編輯推薦：本文設(shè)計了一種新穎的熱力工藝，該工藝能夠減輕自然時效對烤漆硬化的負(fù)面影響，并提供強(qiáng)度和延展性的出色組合。該工藝步驟簡單，實用性較強(qiáng)，能夠?qū)⒌豌~AA6016合金性能提升至接近含銅6xxx合金，本文為后續(xù)鋁合金汽車板材開發(fā)提供了研究思路，對生產(chǎn)具有一定實際意義。

Al-Mg-Si（6xxx系列鋁合金）合金由于具有較高的比強(qiáng)度，在汽車行業(yè)中的受關(guān)注度居高不下。在歐洲，Al被廣泛用于汽車的覆蓋件。6xxx鋁合金可熱處理強(qiáng)化，可以進(jìn)行多種時效處理以優(yōu)化其強(qiáng)度和硬度。6xxx鋁合金的時效序列很復(fù)雜，并且會隨合金成分和熱處理工藝而變化，但通常遵循SSSS→溶質(zhì)團(tuán)簇→GP區(qū)→亞穩(wěn)β‘’→亞穩(wěn)β‘，U1，U2和β’→β和Si。用于汽車的鋁合金板通常需要進(jìn)行烤漆硬化，而自然時效的存在將減少烤漆過程中車身板的性能提升，所以設(shè)計一種熱力工藝，減弱自然時效的影響具有巨大的工業(yè)意義。

澳大利亞悉尼大學(xué)的研究人員設(shè)計了一種新的工藝減輕自然時效的負(fù)面影響，在烤漆硬化后表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度223MPa，抗拉強(qiáng)度291MPa）和延展性（總伸長率＞20%）組合，使低銅AA6016性能接近含銅6xxx鋁合金。相關(guān)論文以題為“Design of solute clustering during thermomechanical processing of AA6016 Al-Mg-Si alloy”發(fā)表在金屬材料頂級期刊Acta Materialia。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.10.074

640?wx_fmt=jpeg&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

本研究選擇商用1mm厚的6016軋制板，首先進(jìn)行570℃×40s固溶處理（水淬），然后一部分自然時效多余20小時（T4態(tài)，簡稱NA），另一部分進(jìn)行預(yù)時效（T4P態(tài)，簡稱PA），PA處理是淬火后立即開始，將材料在20s內(nèi)升溫至100℃并時效小于30s，而后以3.5℃/h的速率冷卻至30℃，自然時效或預(yù)時效后對材料施加2%的拉伸塑性應(yīng)變，油浴環(huán)境下在10s內(nèi)加熱至170℃保持20min以模擬烤漆過程（PB）。本研究的四個樣本分別為：NA；NA+PB；PA；PA+PB。

圖1 熱力處理過程

研究發(fā)現(xiàn)在預(yù)時效處理（PA+PB）后進(jìn)行烤漆處理的樣品拉伸性能顯著提高，使屈服強(qiáng)度幾乎提高了一倍，并保持了良好的延展性，均勻伸長率為18％，總伸長率為23％。相比之下，自然時效之后進(jìn)行烤漆處理（NA+PB）的樣品屈服強(qiáng)度增加提升較?。?6％）。PA樣品的屈服強(qiáng)度明顯低于NA樣品（降低15%），同時具有出色的延展性，總伸長率為28％。

圖2 （a）不同條件下合金的拉伸曲線和拉伸性能表；（b）不同6xxx合金的屈服強(qiáng)度相對于總伸長率的分布；（c）不同時效處理下各6xxx合金屈服強(qiáng)度對比

圖3 6016合金的3D APT映射，Mg（綠），Si（紅）

經(jīng)過預(yù)時效處理，可以形成穩(wěn)定的團(tuán)簇分散體，這種在烤漆之前穩(wěn)定的團(tuán)簇分散的屬性是優(yōu)化最終強(qiáng)化效應(yīng)的關(guān)鍵。這種預(yù)處理可以保證最低水平的溶質(zhì)原子團(tuán)簇結(jié)合，從而在烘烤期間為后續(xù)的團(tuán)簇形成保留了巨大的潛力。在烤漆過程中形成的團(tuán)簇具有以下屬性：密度大，包含≥20個原子的Mg-Si共聚簇，以及較少種類的單一物種Si-Si和Mg-Mg團(tuán)簇。通過離散傅里葉變換（DFT）計算進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了空位在影響穩(wěn)定性方面的關(guān)鍵作用。它表明空位對硅原子具有很強(qiáng)的親和力，空位可以穩(wěn)定單物種的Si-Si團(tuán)簇。（文：破風(fēng)）