【摘 要】
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6xxx系铝合金由于具有良好的综合性能,目前已经成为最主要的汽车车身用轻质材料。但相较于传统的车身用钢板,6xxx系铝合金还存在着强度较低、成形性较差、成本较高等问题,严重阻碍了车身用6xxx系铝合金板材的应用及发展。6xxx系铝合金常规制备过程中包括DC铸造、均匀化处理、热轧、退火、冷轧、固溶和预时效处理。其中常规的均匀化处理需要500℃以上的高温,并进行约24 h的保温处理,所需成本较高,并且
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6xxx系铝合金由于具有良好的综合性能,目前已经成为最主要的汽车车身用轻质材料。但相较于传统的车身用钢板,6xxx系铝合金还存在着强度较低、成形性较差、成本较高等问题,严重阻碍了车身用6xxx系铝合金板材的应用及发展。6xxx系铝合金常规制备过程中包括DC铸造、均匀化处理、热轧、退火、冷轧、固溶和预时效处理。其中常规的均匀化处理需要500℃以上的高温,并进行约24 h的保温处理,所需成本较高,并且均匀化过程中球化的结晶相会降低合金板材的成形性。改进均匀化处理制度,探究合适的短流程制备工艺能够有效的降低成本。同时微合金化也是提高6xxx系铝合金强度和成形性的重要手段。本文针对Al-0.36Mg-1.23Si合金,采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、XRD、拉伸试验等方法对合金显微组织和力学性能进行表征测定分析。在探究出合适的短流程制备工艺的基础上,进一步研究了 Zr和Zr、Sc复合添加对短流程制备的车身用Al-0.36Mg-1.23Si合金组织和性能的影响,为探究车身用6xxx系铝合金合适的短流程制备工艺和微合金化研究提供基础数据。主要研究结论如下:(1)无均匀化处理直接热轧、300℃×8 h预处理后热轧、540℃×24 h均匀化处理后热轧、300℃×8 h+540℃×24 h双级均匀化处理后热轧,四种热轧前的铸锭热处理工艺对Al-0.36Mg-1.23Si-0.11Zr合金热轧、退火、冷轧、再经545℃×30 min固溶水淬和170℃×7 min预时效处理后板材的晶粒形态无明显影响,均为尺寸约20μm的细小等轴晶粒,无均匀化处理热轧和300℃×8 h预处理后热轧,再经退火、冷轧、固溶和预时效处理后的板材基体中过剩结晶相粒子的尺寸更小、数量更多、分布更加弥散均匀。(2)车身用Al-0.36Mg-1.23Si-0.11Zr合金板材最佳的短流程制备工艺为:DC铸造→无均匀化处理直接热轧→540℃×3 h退火处理后空冷→冷轧→545℃×30 min固溶水淬→170℃×7 min预时效,经此短流程工艺处理后合金板材平行轧向的性能指标:屈服强度为142.8 MPa、抗拉强度为249.9 MPa、n10~20值为0.250、r10值为0.842、均匀延伸率为21.8%、断裂延伸率为29.1%、杯突值IE为11.01 mm。经2%预拉伸+170℃×30 min模拟烤漆处理后的性能指标:屈服强度为232.3 MPa、抗拉强度为295.3 MPa;屈服强度的烤漆增量为89.5 MPa、抗拉强度的烤漆增量为45.4 MPa。(3)Al-0.36Mg-1.23Si-(0~0.29)Zr合金T4P态板材基体中存在亚微米的AlFeSi和AlSiZrTi弥散相粒子,晶粒均呈等轴状。随Zr含量增加,AlSiZrTi弥散相粒子数量明显增加且分布不均匀,平行轧制方向存在带状弥散相密集分布区域。添加Zr能够明显细化合金板材经545℃×30 min的固溶处理后的再结晶晶粒,随Zr含量增加,再结晶晶粒尺寸略有减小。(4)随Zr含量增加,Al-0.36Mg-1.23Si-(0~0.29)Zr合金T4P态板材的强度呈先增大后基本不变的趋势,n10~20值呈先降低后升高的趋势,均匀延伸率、断裂延伸率、r10值和杯突值IE呈逐渐降低的趋势,板材再经2%的预拉伸+170℃×30 min模拟烤漆处理后均表现出明显的烤漆硬化效应,Zr含量为0.15wt%时,Al-0.36Mg-1.23Si具有最好的烤漆硬化性。(5)随Sc含量增加,Al-0.36Mg-1.23Si-0.15Zr-(0~0.09)Sc 合金 T4P 态板材的屈服强度呈逐渐降低的趋势,抗拉强度呈先升高后降低的趋势,均匀延伸率、n10~20值和杯突值IE呈逐渐升高的趋势,断裂延伸率、r10值无明显变化,板材再经2%的预拉伸+170℃×30 min模拟烤漆处理后的烤漆硬化性呈逐渐降低的趋势。(6)优化出车身板用Al-0.36Mg-1.23Si合金合适的Zr含量为0.15wt%。经短流程工艺制备出的Al-0.36Mg-1.23Si-0.15Zr合金T4P态板材平行轧向、垂直于轧向和斜向三个方向平均性能指标:屈服强度为143.2 MPa、抗拉强度为252.0 MPa、均匀延伸率为20.6%、断裂延伸率为27.3%、n10~20值为0.247、r10值为0.577、杯突值IE为9.95 mm,再经2%预拉伸+170℃×30 min模拟烤漆处理后的性能指标:屈服强度为235.3 MPa、抗拉强度为296.4 MPa;屈服强度的烤漆增量为93.6 MPa、抗拉强度的烤漆增量为 42.0 MPa。
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