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金屬頂刊《Acta Materialia》:新方法,實(shí)現(xiàn)鋁合金強(qiáng)度巨大提升

來源:材料科學(xué)與工程      發(fā)布日期: 2022年11月01日
信息摘要:隨著交通運(yùn)輸工具的增加,CO2排放量不斷增大,推動(dòng)了高強(qiáng)輕質(zhì)鋁合金在汽車上的發(fā)展應(yīng)用。這類材料面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是成形性和強(qiáng)度之間的權(quán)衡。
      隨著交通運(yùn)輸工具的增加,CO2排放量不斷增大,推動(dòng)了高強(qiáng)輕質(zhì)鋁合金在汽車上的發(fā)展應(yīng)用。這類材料面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是成形性和強(qiáng)度之間的權(quán)衡。Al-Mg合金(5XXX系)由于其高的均勻延伸率和加工過程中的應(yīng)變硬化性,在嚴(yán)重變形部件中得到廣泛應(yīng)用。在5XXX鋁合金中添加合金元素是常用的提升強(qiáng)度方法,已有研究表明添加Cu和Zn能夠產(chǎn)生有益的影響,預(yù)變形也被證實(shí)對(duì)鋁合金有一定增強(qiáng),但是還缺乏硬化過程中力學(xué)行為演化的研究。
      奧地利里奧本大學(xué)等單位的研究人員主要針對(duì)Al-Mg-Zn合金,提出了一種新的能夠在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)的熱機(jī)械加工工藝,包括短期預(yù)時(shí)效(100℃×3h)及預(yù)變形處理(2%),達(dá)到了迄今為止上限硬化提升(184MPa),強(qiáng)度達(dá)到410MPa。相關(guān)論文以題為“Giant hardening response in AlMgZn(Cu) alloys”發(fā)表在金屬材料期刊Acta Materialia。
本研究使用的基礎(chǔ)鋁合金為ENAW-5182,添加Zn和Zn+Cu(以下簡稱為5182-Zn和5182-ZnCu),通過真空感應(yīng)熔煉、均勻化處理(470℃×24h)、熱軋和冷軋。經(jīng)過固溶(465℃×35min)+預(yù)時(shí)效(100℃×3h)稱為TMT1;經(jīng)過固溶+預(yù)時(shí)效+預(yù)變形(2%)稱為TMT2,烤漆硬化統(tǒng)一為185℃×20min。
      研究發(fā)現(xiàn)TMT1處理下5182-Zn的強(qiáng)度提升僅47MPa,而5182-ZnCu的屈服強(qiáng)度提高了127MPa,表明了Cu的有益作用。TMT2條件下,5182-Zn和5182-ZnCu強(qiáng)度分別提高了178MPa和184MPa。5182-ZnCu的析出相(GPⅠ區(qū))尺寸較小,且分布密度比5182-Zn高約5倍,說明了Cu對(duì)析出相形成和長大的有利影響。
      預(yù)時(shí)效后進(jìn)行預(yù)變形(2%),在烤漆過程中強(qiáng)度被進(jìn)一步提高,本文中提高184MPa的5182-ZnCu和提高178MPa的5182-Zn強(qiáng)度超過其他現(xiàn)有報(bào)道的提升,強(qiáng)度提升的同時(shí)兩種合金均保持了足夠的延伸率和淬透性。預(yù)變形通過位錯(cuò)輔助溶質(zhì)遷移增強(qiáng)了兩種合金中析出相的生成,促進(jìn)了5182-ZnCu中Cu元素的富集,增加了5182-Zn中析出相的密度。
      在本研究中,提出了新的熱機(jī)械加工路線,應(yīng)用在Al-Mg-Zn(Cu)中充分解決了長期的高強(qiáng)度和良好成形性之間的權(quán)衡,取得了令人滿意的平衡。該加工方法條件簡單,符合工業(yè)能力范圍,可以充分發(fā)揮該加工方法發(fā)掘汽車薄板的性能潛力。本文提出的方法將擴(kuò)大鋁合金在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用,可有助于改善未來汽車車輛的可回收性。    
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