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ECAP对6000系铝合金微观结构和性能的影响

2万字 45页 原创作品，独家提交，已通过查重系统


摘要 大塑性变形 (SPD) 是目前唯一可以生产块体亚微米、纳米结构材料的加工方法。而等通道角挤压技术 (ECAP) 是最容易商业化生产超细晶 (UFG) 结构材料，最具有应用前景。6000系铝合金作为一类可时效硬化的合金，由于具有良好的强度、成形性、耐蚀性和可焊接性，应用极为广泛。因此，研究超细晶6000系铝合金的时效析出行为、微观结构以及力学性能具有重要的意义。
本文以6013和6061铝合金为研究对象，将ECAP技术同铝合金的时效处理结合起来，测试其强度和伸长率等力学性能，结合X射线衍射 (XRD)、金相分析、透射电子显微镜 (TEM) 及高分辨透镜 (HRTEM) 等表征手段，分析ECAP后合金的位错、晶界、层错和孪晶等微观结构，所得结果总结如下：
(1)通过TEM和HRTEM分析，合金在ECAP处理后晶粒得到细化，微观组织中出现了大量的位错且局部存在高密度位错。
(2)通过分析XRD射线衍射图，计算出6000系合金ECAP后的平均晶格应变、平均晶粒尺寸和位错密度。根据所测得的微观结构参数，定量分析了不同强化机制对强度的贡献。结果表明，析出相强化是超细晶铝合金中最重要的强化机制。
(3)导电率测试结果表明，ECAP试样导电率明显高于固溶态合金的导电率，在191°C下ECAP 6061合金的导电率最高，为43.6 %IACS。由于在ECAP变形过程中已经产生了动态时效析出，降低了基体中溶质原子的浓度及其对电子散射的阻碍作用，从而其导电率高于固溶态合金的导电率。
(4)力学性能研究表明，ECAP与适合的时效相结合能够大大提高6000系铝合金的力学性能。本文制备出了几种高强度和高韧性兼备的超细晶6000系Al–Mg–Si–(Cu) 铝合金，其中，6013室温ECAP后的性能最好，抗拉强度、屈服强度和均匀伸长率分别为459 MPa、433 MPa和12%。细小的β" 析出相和位错的交互作用，是ECAP后合金的强度、韧性同步提高的主要原因。


关键词: 大塑性变形；等通道转角挤压； 铝合金；微观结构；力学性能