Cr对6xxx系铝合金组织性能及弥散相的影响

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据实际生产应用表明,提高铝合金薄板的深冲性能是其在汽车车身板方面广泛应用的关键。而影响铝合金薄板冲压成形性的重要因素为显微组织中的尺寸较小、密度较高的弥散相。目前在汽车外车身领域最具备应用前景的Al-1.3Si-0.42Mg型Al-Mg-Si合金中通常添加Cr等微量元素,以抑制再结晶,它们在铸锭均匀化处理阶段将以弥散相的形式析出。其组态(尺寸、密度和分布)对合金板材的强度、塑性及冲压成形性有重要的影响。为了揭示Cr含量(也包括又相互作用的Mg等)对其弥散相的影响规律,有效调控其弥散相的组态,为进一步提高其冲压成形性奠定基础,本文将系统研究 Cr对Al-1.3Si-0.42Mg并含0.2Cu型的Al-Mg-Si铝合金组织性能及弥散相的影响。主要采用OLYMPUS GX71光学显微镜、SSX-550型扫描电子显微镜、场发射JEM2100F透射电镜、AG-X100kN电子万能材料试验机等设备进行实验。研究结果表明:(1)随Cr含量增加,合金半连续铸锭经常规均匀化处理后弥散相粒子增加,但分布逐渐不均匀,尤其是当Cr增至0.4%时,合金晶内弥散相无析出区域明显增大,其边缘弥散相粒子异常粗大,尺寸可达2 μm,但晶界附近无析出区边缘的弥散相粒子较为细小;Mg含量从0.42%增加至1.2%时,合金中弥散相粒子数量有所增加,但其分布无明显变化。(2)添加微量Cr(0.1%Cr),合金中含Cr的弥散相粒子均为具有简单立方结构的α-Al15(MnFe)3Si2相的晶体结构,其晶格常数为 a=1.26 nm,即使Mg含量增加到1.2%时,其晶体结构并未改变。当Cr含量提高到0.4%时,合金弥散相变成具有面心立方结构Al13Cr4Si4相溶入部分Mn、Fe的弥散相,其晶格常数为a=1.09 nm;Mg能参与弥散相的形成,因此有促进弥散相粒子数量增加和均匀分布的作用。(3)Cr有抑制Al-1.3Si-0.42Mg合金薄板固溶处理过程的再结晶作用,当Cr含量超过0.2%时,合金薄板中部分拉长的晶粒明显增多,即再结晶的不充分程度增大;Mg含量增加,再结晶晶粒细化。(4)添加微量Cr(0.1%),就有增加合金薄板屈服和抗拉强度的作用,当Cr含量达到0.2%时,合金薄板横向强度均高于纵向,出现了明显的反常各向异性,但纵向延伸率较高;Cr含量达到0.4%时,合金薄板的强度明显降低;添加Cr为0.1%和0.2%时均可提高合金的强度并同时可保证良好的延伸率,随Mg含量的增加(不超过1.2%)薄板强度增加。(5)随Cr含量增加,合金薄板n15值单调增加,但r15值和杯突值在Cr为0.2%时分别具有最高值和最低值;随Mg含量的增加,使n15略有降低、r15略有升高,同时使杯突值略降低。提高Mg含量,可明显提高厚向异性指数r15,对n15影响不大,但对IE值无好处。(6)所研究合金薄板固溶处理淬火后立即进行170℃×8 min或80℃×4 h预时效处理,能降低自然时效后的强度,对延伸率、r15影响不大,略有提高IE的作用,Cr含量提高有降低预时效提高n15值的作用。(7)含Cr的Al-1.3Si-0.42Mg型铝合金半连续铸锭常规均匀化处理前进行250℃预处理使其弥散相数量增加、小尺寸弥散相长大、无析出区缩小、分布更均匀,Cr含量提高该效应更明显;铸锭经250℃×72 h预处理能使该合金薄板弥散相粒子的尺寸、数量及分布的处于较佳状态,在不明显改变其强度、n15、r15值及IE值的情况下明显提高其延伸率;Cr提高到0.4%时上述作用更明显。
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