Mn对6xxx系铝合金组织性能及弥散相的影响

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实践表明,提高铝合金薄板的冲压成形性是其在轿车外车身广泛应用的关键。对于铝合金薄板的深冲成形性来说,组织中尺寸较小、密度较高的弥散相是重要的影响因素。目前在汽车车身板领域最有应用前景的Al-1.30Si-0.42Mg型Al-Mg-Si合金中通常添加Mn等微量元素来细化晶粒、抑制再结晶,其在铸锭均匀化处理过程将以弥散相的形式析出。它们的尺寸、密度和分布对合金板材的强度、塑性和冲压成形性有重要影响。为了揭示Mn含量(也包括有相互作用的Fe杂质)对其弥散相形成的影响规律和有效控制弥散相以及为进一步提高其深冲成形性奠定基础,本文将系统研究Mn对Al-1.30Si-0.42Mg并含0.2%Cu型的Al-Mg-Si铝合金组织性能及弥散相的影响。结果表明:(1)合金中Mn含量增加至0.5%前,弥散相析出数量增加、尺寸减小且分布越加均匀,超过0.5%后虽然晶内形成弥散相高密度聚集区,但晶界两侧出现较宽的弥散相无析出区。含Mn合金中弥散相为sc结构的α-Al(MnFe)Si相,当Mn含量由0.2%增加至0.5%时该弥散相的Mn/Fe由7.64增加至11.77,微量Fe(Fe含量小于0.2%)使合金弥散相数量增加、分布更加均匀、尺寸变化不明显;随Fe含量增加,合金弥散相仍为sc结构的α-Al(MnFe)Si相,但其Fe/Mn值增加,且其对弥散相的数量、尺寸和分布影响不大,主要造成合金中过剩结晶相数量的增加;添加0.1%Cr对合金弥散相析出数量与分布影响较小。(2)随Mn含量增加(至0.5%前),合金T4态薄板三个方向的屈服强度逐渐下降、抗拉强度变化不大;Mn含量超过0.5%后,屈服和抗拉强度均升高,特别是Mn含量接近或超过0.5%时,薄板的横向强度明显高于纵向;合金薄板的屈强比在0.5%Mn时最低;延伸率随Mn含量增加而降低;杯突值、三个方向n15值及平均值n15在0.5%Mn时到达最大值,继续增加Mn含量,它们将减小;r15值在纵向与横向上随Mn含量变化不明显,但在斜向45°方向上随Mn含量增加呈现先增大后减小的趋势,最终造成r15随Mn含量增加呈现先增大后减小的趋势,其中Mn含量为0.5%时,r15达到最大值。(3)随Fe含量增加(至0.5%),合金T4态薄板强度略有增加,延伸率降低,r15值略有增加,杯突值和三个方向上的n15值及其平均值n15均变化不明显,Fe为0.2%时屈强比最低;添加0.1%Cr有使含0.2%Fe的Al-1.30Si-0.42Mg合金T4态薄板强度提高的作用,使r15值随Fe含量变化不明显。(4)常规均匀化处理前的250℃或350℃预处理,能使含Mn的Al-1.30Si-0.42Mg合金半连续铸锭中弥散相密度增大且分布更加均匀;但当250℃或350℃预处理分别超过72 h或24 h后,其弥散相的密度和分布不再明显变化;其薄板固溶处理后弥散相变化规律与上相似,并使其再结晶更不充分,经250℃×72 h和350℃×24h两种预处理后的最终薄板弥散相密度和分布相似;该类合金半连续铸锭未经均匀化处理直接热轧,其最终薄板的过剩结晶相尺寸略小、数量多,其弥散相细小、数量少。(5)与常规均匀化相比,250℃或350℃预处理对含Mn的Al-1.30Si-0.42Mg合金薄板固溶处理自然时效后的强度和杯突值影响不大,但可提高其延伸率,随Mn含量提高该作用更明显;350℃预处理可提高较高Mn含量合金薄板的n15值和r15值,但250℃预处理对其影响较小;铸锭不均匀化直接热轧对含Mn的Al-1.30Si-0.42Mg合金薄板的强度影响不大,但延伸率和杯突值下降,当Mn含量小于0.2%时,n15略有下降,当Mn含量小于0.5%时,r15值有所提高。
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