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原文传递 Al-Mg-Si-Cu-Mn汽车车身用铝合金板材的研究

论文题名：	Al-Mg-Si-Cu-Mn汽车车身用铝合金板材的研究
关键词：	车身板;结晶相;力学性能;成形性能;烤漆硬化性;汽车车身;铝合金
摘要：	本研究为国家教育部重点项目“汽车车身用铝合金板材研制”和国家“863”计划项目“高精度深冲铝合金板材及相关技术开发”的部分内容。旨在开发出一种用于汽车外车身板的新型铝合金材料及其相应的热处理工艺。在大量的实验研究和理论计算的基础上，研制出一种适用于车身板的铝合金材料，成分为Al-1.29Mg-1.22Si-0.48Cu-0.69Mn，其余0.3Fe，0.2Zn和0.1Cr(质量分数)，同时成功地探索出一种针对6000系合金车身板的预时效处理工艺。这种新合金冲压前的n15、r15值分别为0.272和0.832，经170℃×30min模拟烤漆后的屈服强度和抗拉强度分别达到了273MPa和376MPa。所有性能均超过了国家“863”项目制定的铝合金车身板的性能指标，且优于国外的6111合金，为汽车板铝合金材料的国产化奠定了基础。扫描电镜能谱、X射线衍射、透射电镜以及金相分析结果表明，6000系车身板合金铸态结晶相的类型主要为Al1.9CuMg4.1Si3.3(即Q相)、Al5(FeMn)Si、Al8(FeMn)2Si、Al4(MnFe)3Si2和Al5(MnFe)12Si7相及Mg2Si相，Mg含量较低时，出现纯Si相。提高含Mg量，对于Si过剩合金，Q相增多；对于Mg过剩合金，Q相减少，但Mg2Si相均增多。提高含Mn量，在低Fe(Fe＜0.1％)合金中，形成Al4(MnFe)3Si2相，其数量随之减少；在含Fe量较高的合金中，不仅形成Al5(MnFe)12Si7相，还形成Al5(FeMn)Si和Al8(FeMn)2Si相，且随含Mn量的增加，Al5(FeMn)Si相数量减少，Al5(MnFe)12Si7和Al8(FeMn)2Si相增多。铸锭均匀化处理时，Q相为可溶相；Mg2Si及Al4(MnFe)3Si2和Al5(MnFe)12Si7结晶相变化不大。但Al5(FeMn)Si发生向Al8(FeMn)2Si相的转变，且随含Mn量增加，转变更完全。结晶相中的Mn、Fe或Cr具有相互替代作用。杯突、硬度及拉伸试验等实验结果表明，合金元素对T4(固溶水淬+自然时效两周)和T4P(固溶水淬+短时人工时效+自然时效两周)态(除时效硬化性能优异的合金外)性能的影响规律基本相同。提高Mg/Si质量比和Mn含量(Mn＜0.8％)，对Si过剩合金，其T4和T4P硬度及强度增大，塑性下降，不利于合金的成形性；对Mg过剩合金，T4P硬度和强度高于T4硬度和强度，合金的成形性提高。而合金元素对不同处理态人工时效硬化作用，一是通过增加含Mn量及添加微量元素Cr和Ti产生的弥散强化和细晶强化增大合金的初始硬度；二是通过提高Mg2Si在基体中过饱和度以增加合金时效初期强化相的析出数量而促进烤漆强化。T4态铝合金车身板进行170℃×30min模拟烤漆均出现软化现象，而合金成分对于改善这种不利影响的作用不大。相比之下预时效处理制度对烤漆硬化性的影响比合金元素的作用更有效，不仅保证在交货条件下具有比T4态更低的屈服强度，有利于汽车车身覆盖件的冲压成形，同时促进烤漆过程合金的显著强化。通过热力学计算得到了不同处理态合金在随后加热过程各亚稳相析出激活能，证明了T4P(2.5～10min)状态下进行烤漆比T4态及固溶淬火态更易于获得β"相(即获得更高的强度)。综合硬度法、电导率法及DSC实验等结果分析，揭示了合金预时效后组织中存在着大量的β"核心具有双重作用的机制：这种尺寸较大、密度较高的β"核心降低了其周围基体溶质的过饱和度，抑制其在室温下继续形成GP区，保证了合金板材冲压时具有较低的强度；同时这些β"核心在烤漆时迅速转变成β"相，显著提高合金烤漆强度。
作者：	刘宏
专业：	材料学
导师：	左良;赵刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文