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6XXX系(Al-Mg-Si-Cu)铝合金属于可热处理强化合金,具有高比强度、耐腐蚀及优良的成形性能,因而是实现车辆轻量化的主要原材料之一;合金中加入Mn/Cr等过渡族元素结合均匀化热处理工艺能够在基体中形成纳米级部分共格α-Al(Mn Cr)Si弥散相,通过弥散强化能够进一步提升合金综合力学性能,扩展Al-Mg-Si-Cu铝合金应用范围。本文以传统6061和新型添加Mn/Cr元素的WQ1合金为研究对象,优化WQ1合金均匀化热处理工艺,改善弥散相分布;提出单级和双级均匀化热处理过程中,WQ1合金弥散相形成机理;量化系统对比6061和WQ1合金热变形过程中流变行为和显微组织演变规律,分析弥散相对热变形行为影响及强化机理,并提出热变形合金经固溶处理后的微观组织调控机制,为新型高强韧高性能铝合金开发提供实验基础和理论分析,有利于合金开发及其实际工程应用,具体结论如下:1.针对新型WQ1铝合金,设计并优化单级和双级均匀化热处理制度;在保证均匀化热处理效果的同时,表征和调控合金中α-Al(Mn Cr)Si弥散相分布特征。在单级均匀化热处理过程中,α-Al(Mn,Cr)Si弥散相分成存在不均匀现象,在晶粒中心和枝晶内部存在粗大稀疏弥散相区域(Coarse dispersoids zone,CDZ)。通过OM、SEM和TEM表征,CDZ区域内弥散相相比于相邻区域数量较低且尺寸更大;相比于单级均匀化热处理,双级均匀化热处理能够将CDZ面积分数从7%降低到2.5%;第一级低温均匀化温度从175°C提高到300°C,CDZ面积分数进一步减少;在第一级低温均匀化热处理过程中改善亚稳相(β〞和Q〞)的分布,为弥散相的析出提供均匀的形核位置,促进弥散相在基体中均匀分布,大幅减少CDZ区域;确定双级均匀化热处理制度为300°C*8h+550°C*10h。结合EPMA结果,提出单级和双级均匀化热处理过程中,WQ1合金弥散相形成机理;应用均匀性动力学理论分析并证明WQ1合金均匀化热处理制度的合理性。2.应用Gleeble-3500热变形设备,在不同变形条件下对6061和WQ1合金进行热压缩实验。合金在热压缩过程中,流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的升高而增大,弥散相使得WQ1合金流变应力高于6061;建立合金热变形峰值应力随变形条件演变图。通过本构分析,得到6061和WQ1合金的材料参数和本构方程;建立合金变形激活能随变形条件演变图,变形激活能随应变速率升高而降低,随变形温度升高而降低;由于弥散强化效果,WQ1合金变形激活能比6061合金高约50 k J/mol。3.基体动态材料模型,建立6061及WQ1合金热加工图,讨论应变量对热加工图影响,确立不同应变量失稳区和安全区的变形条件参数;确定符合6061和WQ1合金的最佳加工条件;分析失稳区和安全区的组织演变。对安全加工变形条件下的热压缩合金进行微观组织进行EBSD表征,WQ1合金在安全区域内主要软化机制为动态回复,6061合金动态再结晶现象高于WQ1;TEM结果证实α-Al(Mn Cr)Si弥散相对亚晶旋转、亚晶迁移和位错运动有显著钉扎及限制作用,动态再结晶也被有效限制。6061和WQ1合金在失稳区内变形,微观组织中存在微观缺陷,包括应力集中、第二相开裂和脱落、微孔和基体开裂等;裂纹沿微孔和第二相扩展生长。4.应用OM、EBSD和TEM等观察和分析手段,系统对比6061和WQ1合金微观组织和弥散相分布特征,分析两合金流变行为;量化表征6061和WQ1合金在不同变形条件下微观组织演变规律。热变形过程中WQ1合金主导的动态软化机制为动态回复,而6061合金软化机制当变形温度高于500℃后发生动态回复向动态再结晶的转变。6061合金动态回复过程中形成的亚结构通过旋转使得相邻亚晶之间取向差增大而转化为动态再结晶晶粒;弥散相能够有效钉扎位错的迁移限制亚结构中亚晶旋转,进而限制WQ1合金中的动态回复过程;WQ1合金变形组织中的亚晶取向差主要集中在1-5°。分析弥散相的强化效果和强化机理;建立弥散相与流变应力增量的理论对应关系,能过通过弥散相分布预测WQ1合金流变应力行为,与实验结果高度吻合。5.6061和WQ1合金热变形变形条件(变形温度、应变量、应变速率)对其在固溶处理过程中静态再结晶行为有显著影响。两合金静态再结晶行为随着变形温度的降低、应变量的增加及应变速率的升高而强化。相同的变形条件下,尽管6061合金静态软化驱动力低于WQ1合金,6061合金在固溶处理过程中的静态再结晶行为明显强于WQ1合金;表明弥散相通过钉扎作用有效抑制变形合金在固溶和时效过程中静态再结晶行为。建立变形6061和WQ1合金形合金热处理组织控制模型,表明6061合金当ln Z高于23.84,经固溶和人工时效后组织为完全静态再结晶组织,而当ln Z低于17.05时,6061变形合金经固溶和人工时效后不会发生静态再结晶。WQ1合金,当ln Z低于29.42,变形合金经固溶和人工时效后组织不会发生静态再结晶,而当ln Z大于37.98后,变形合金经固溶和人工时效后变形组织转变为完全静态再结晶组织。应用6061和WQ1变形合金热处理组织控制模型,可以通过调节热变形参数控制变形合金经热处理后的微观组织。