【摘 要】
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可时效强化的7003铝合金目前广泛应用于汽车、高铁等交通工具中的安全结构件,而汽车防撞梁作为在碰撞中安全性能突出且受力状态复杂的结构件,成为车身开发中应用7003铝合金材料的首选零部件之一。本文以汽车防撞梁常用的7003铝合金挤压型材为研究对象,为探究其时效强化行为,通过硬度测试、金相观察及平板拉伸实验等方法探究了固溶时效工艺对7003铝合金组织性能的影响,在对比了自然时效对单级人工时效性能的影响
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可时效强化的7003铝合金目前广泛应用于汽车、高铁等交通工具中的安全结构件,而汽车防撞梁作为在碰撞中安全性能突出且受力状态复杂的结构件,成为车身开发中应用7003铝合金材料的首选零部件之一。本文以汽车防撞梁常用的7003铝合金挤压型材为研究对象,为探究其时效强化行为,通过硬度测试、金相观察及平板拉伸实验等方法探究了固溶时效工艺对7003铝合金组织性能的影响,在对比了自然时效对单级人工时效性能的影响后,依据防撞梁的三点弯曲开发要求确定了合金最佳的双级时效工艺,并借助透射电镜观察得到析出相在双级时效过程中的演变规律;为给汽车防撞梁开发过程中的碰撞仿真提供准确的材料参数,开展了准静态下不同应力状态的拉伸及三点弯曲断裂失效试验,建立了材料的变形本构及断裂失效模型。具体的研究结论如下:（1）在510℃40min的固溶工艺参数下,7003铝合金时效后的综合力学性能最佳,且合金在510℃下固溶80min才发现晶粒长大现象;对比了合金在105、120、150℃单级时效硬度曲线,发现均存在“双峰”时效效应;随着时效温度的增加,时效响应速度变快,150℃单级时效第一峰值处的强化效果比第二峰值处更好,但时效后期硬度出现明显下降趋势。（2）NA（自然时效）对于7003合金AA（人工时效）强化有一个积极作用,且随着自然时效时间的增加这种积极作用更为突出;NA对AA150℃合金强化的积极作用比AA120℃的更为明显。结合防撞梁三点弯曲性能指标得到最佳的双级时效工艺为105℃/6h+150℃/3h,发现该时效工艺的防撞梁在三点弯曲工况下能吸收能量3.598KJ、承受平均力33.53KN、断裂位移为107.3mm。通过硬度曲线对合金双级时效的TEM分析,发现当析出的GPⅡ区数量最多时,合金硬度达到“双峰”硬度曲线的第一峰值;当GPⅡ区开始向η′相转变并达到一定数量时,合金硬度达到“双峰”硬度曲线的第二峰值;随着η′相逐渐转化为η相,合金硬度缓慢下降。（3）借助DIC测试方法获得了平板、缺口及剪切拉伸试样下的断裂应变,结合有限元仿真探究出该材料的SHS硬化本构参数及各试样的平均应力三轴度,并采用MMC失效准则对平面应力状态下的断裂应变与应力三轴度进行标定,借助LS-OPT以试验力-位移曲线为优化目标得到该材料的GISSMO模型参数,基于此模型的失效参数标定方法在各试样的拉伸试验与仿真对比中验证了其准确性,而防撞梁三点弯曲试验与仿真中变形失效模式及力-位移曲线的较好吻合度也说明了该失效模型在应力状态更复杂的结构件失效仿真中具有适应性。
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