6000系鋁合金板熱沖壓過程中微觀組織演化與強(qiáng)化機(jī)制

隨著能源和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，對(duì)汽車輕量化的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，高比強(qiáng)度鋁合金板在車身中普及成為重要措施，但其較低的室溫可成形性成為發(fā)展的瓶頸。固溶處理-成形-冷模具淬火，即熱沖壓這一新方法的應(yīng)用有望解決這一問題，但因其在原生產(chǎn)流程中引入熱變形和額外的熱過程，材料原有經(jīng)熱處理獲得的優(yōu)異力學(xué)性能退化，如何快速?gòu)?qiáng)化熱沖壓件成為另一難題。為此，本項(xiàng)目研究了6000系鋁合金板熱沖壓過程中析出相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其演化規(guī)律，分析了熱、變形、電、磁對(duì)微觀組織演化和力學(xué)性能的影響，揭示了析出強(qiáng)化機(jī)制，建立了微觀組織與力學(xué)性能的映射關(guān)系。結(jié)果表明，原始板材析出相細(xì)小利于其加熱時(shí)溶解，加熱速率快利于避免升溫時(shí)析出相的轉(zhuǎn)變而加速溶解，感應(yīng)加熱和自阻加熱對(duì)固溶處理的作用表現(xiàn)為提高加熱速率的熱效應(yīng)，熱處理中靜電場(chǎng)的施加提高了合金元素的固溶速度和程度而使析出相更細(xì)小彌散，這些因素有利于提高固溶效率和時(shí)效強(qiáng)化；高溫短時(shí)預(yù)時(shí)效和低溫儲(chǔ)存有利于抑制自然時(shí)效；W態(tài)下冷變形形成大量位錯(cuò)，為強(qiáng)化相形核提供質(zhì)點(diǎn)，從而增強(qiáng)時(shí)效強(qiáng)化；熱變形由于位錯(cuò)增殖同時(shí)發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶，其對(duì)自然時(shí)效和人工時(shí)效的強(qiáng)化作用不明顯，并表現(xiàn)出微弱的烘烤軟化作用。最終，探明了影響熱沖壓件微觀組織和力學(xué)性能的主要參數(shù)及其影響規(guī)律，為制定與熱沖壓成形相匹配的高效熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)6000系鋁合金板熱沖壓控形同時(shí)的控性奠定了基礎(chǔ)。

隨著能源和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，對(duì)汽車輕量化的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，高比強(qiáng)度鋁合金板在車身中普及成為重要措施，但其較低的可成形性成為發(fā)展的瓶頸。固溶處理-成形-冷模具淬火，即熱沖壓這一新方法的應(yīng)用有望解決這一問題，但因其在原生產(chǎn)流程中引入熱變形和額外的熱過程，材料原有經(jīng)熱處理獲得的優(yōu)異力學(xué)性能退化，如何快速?gòu)?qiáng)化熱沖壓件成為另一難題。為此，本項(xiàng)目將研究6000系鋁合金板熱沖壓過程中析出相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，分析熱、變形、電、磁對(duì)微觀組織演化和力學(xué)性能的影響，揭示析出強(qiáng)化機(jī)制，建立多場(chǎng)耦合的微觀組織演化與強(qiáng)化模型；探討通過選擇板材初始狀態(tài)、提升加熱速度、采用感應(yīng)加熱或施加靜電場(chǎng)來(lái)提高熱沖壓前材料固溶處理效率和后續(xù)烘烤硬化性的可行性；闡明預(yù)時(shí)效參數(shù)和熱沖壓變形形式、大小對(duì)構(gòu)件烘烤硬化性和力學(xué)性能均勻性的影響。最終，優(yōu)化與熱沖壓成形相匹配的高效熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)6000系鋁合金板熱沖壓控形同時(shí)的控性。

高強(qiáng)度、耐熱、導(dǎo)電鈦青銅的合金元素總量小于3.5%, 屬于高銅合金, 在固溶強(qiáng)化合金中鈦等元素對(duì)導(dǎo)電性能的影響比較大, 而時(shí)效析出的第二相顆粒對(duì)銅合金導(dǎo)電性的影響在3%IACS以下, 合金主要是通過沉淀強(qiáng)化來(lái)獲得高強(qiáng)度和保持其導(dǎo)電性能。由衍射花樣標(biāo)定顯示該相是純Cr, Cr相的顆粒尺寸在500nm左右。在TEM下觀測(cè)的銅基體上的彌散析出相, 析出相的尺寸在20 nm左右, 通過對(duì)衍射花樣的標(biāo)定, 證明該析出相為Ni3Ti, 基體為純銅組織。對(duì)于析出相的尺寸越大合金的強(qiáng)度和硬度就會(huì)越低, 因此鈦青銅的主要強(qiáng)化相為金屬間化合物Ni3 Ti, 析出的Cr相由于尺寸較大, 對(duì)合金強(qiáng)度的貢獻(xiàn)量相對(duì)有限。在合金中Zr以怎樣的形式還有待于研究, 理論研究表明在該合金中還可能存在CuxZr的析出相, 在大量的實(shí)驗(yàn)研究中未能找出證明依據(jù), 所以在文中成分特征條件下的鈦青銅屬于復(fù)合析出強(qiáng)化機(jī)制。由導(dǎo)電理論可知金屬間化合物呈現(xiàn)大電阻特征, 但析出相的體積分?jǐn)?shù)較小, 故材料仍保持良好的導(dǎo)電性能 。

與冷沖壓相比，熱沖壓具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.可以得到超高強(qiáng)度的車身零件，從而能夠減小零件厚度，減少車身加強(qiáng)板的數(shù)量，提高車身的碰撞性能，實(shí)現(xiàn)車身的有效減重；

2.成形性相對(duì)較好；

3.沖壓所需的設(shè)備噸位較小，一般800t的高速液壓機(jī)就能滿足大部分車身零件熱沖壓所需；

4.尺寸精度好，熱沖壓件的強(qiáng)度在1500M Pa左右?guī)缀鯖]有回彈，這在鋼板熱沖壓新技術(shù)發(fā)明應(yīng)用之前是不能想象的。而冷沖壓件的強(qiáng)度只有600M Pa左右，卻存在明顯回彈；

5.零件表面硬度、抗凹性和剛度好；

6.零件外形設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化。

熱沖壓技術(shù)也存在自身的缺點(diǎn)，主要是：

1.生產(chǎn)節(jié)拍相對(duì)要慢一些；

2.由于熱沖壓模具價(jià)格較高，能耗相對(duì)較大，后續(xù)又要采用激光切割，所以熱沖壓零件的制造成本較高，這就需要在新車型或改進(jìn)車型設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化考慮，通過減小零件厚度或減少加強(qiáng)板數(shù)量的方式，來(lái)控制白車身的綜合制造成本；

3.采用非鍍層鋼板進(jìn)行熱沖壓時(shí)，工作環(huán)境相對(duì)惡劣，容易產(chǎn)生噴丸變形；

4.熱沖壓產(chǎn)線的固定投資較大；

5.作為一個(gè)新興的技術(shù)，熱沖壓領(lǐng)域公開發(fā)表的成果較少，存在技術(shù)封鎖和壟斷 。

書名：鋼的微觀組織圖像精選

外文書名: the collection of microstructural morphology of steels

叢書名: 先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)叢書

平裝: 162頁(yè)

正文語(yǔ)種: 簡(jiǎn)體中文

isbn: 9787502447700

條形碼: 9787502447700

商品尺寸: 24 x 16.8 x 0.8 cm

商品重量: 422 g

品牌: 冶金工業(yè)出版社發(fā)行部