稀土及时效工艺对Al-Mg-Si汽车板材组织和性能的影响

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本文以Al-Mg-Si汽车板材为研究对象,以电解低钛铝合金为母材,制备了不同成分的四种汽车板材,通过金相显微镜、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射、显微硬度测量、拉伸实验、极化曲线测量等方法,研究了稀土含量以及热处理工艺对Al-Mg-Si板材微观组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。研究发现:合金中随着稀土含量的增加,组织中的β″相的密度明显增加、尺寸减小、分布较均匀,晶界出现了较细密的、连续分布析出相。当稀土含量为0.2%时,合金时效后出现了调幅组织。因此稀土有利于Al-Mg-Si基合金强化相的形成。加入稀土所形成的高密度的β″相粒子和晶界析出相,使板材在模拟烘烤后的强度和延伸率均高于不含稀土的1#板材,稀土的加入提高了板材力学性能。在T4、T4P状态下含稀土板材的强度有所降低,塑性有所增加,说明加入适量的稀土还有利于提高合金的成形性能。加入稀土增加了合金微观组织的均匀性,净化了合金,一方面使合金的自腐蚀电位明显向负值变化,Icorr较小且ΔE较大,提高了合金的点蚀抗力。另一方面,由于晶界析出相抑制了合金的再结晶过程,提高了合金的再结晶抗力,使得含有稀土的合金存在有拉长的晶粒,降低了合金的抗剥落腐蚀能力。自然时效时使得合金中出现了大的原子团簇,这些原子团在随后的人工时效过程中不再溶解,形成较粗大的相,不利于模拟烘烤过程中合金性能的提高。预时效(140℃×10min)使得组织中形成了大量β″相形核中心,在随后进行180℃人工时效时促进β″相的大量析出。一方面对板材模拟烘烤前的力学性能影响很小,板材具有与T4工艺处理相近的屈服强度、抗拉强度和伸长率,不牺牲板材的成形性。另一方面可有效减轻自然时效的有害作用,使得板材模拟烘烤后的抗拉强非常接近于T6状态,伸长率与T6态基本相同。因此预时效+自然时效+油漆烘烤的热处理工艺综合了T4和T6工艺二者的优点,板材具有较高的服役效能。通过对合金成分和热处理工艺的优化,添加稀土并进行预时效的板材的强度和成形性能均达到或超过部分6000系汽车车身板材,稀土含量为0.2%的合金经140℃×10min预时效并模拟烘烤后具有最佳的力学性能和成形性能。
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