论文摘要
Al-Mg-Si合金是一种典型的时效硬化型铝合金,但传统的工艺还不能充分开发Al-Mg-Si合金的时效硬化潜力,尤其经过自然时效的Al-Mg-Si合金,最终人工时效时获得的强度增加很小。如何使Al-Mg-Si合金在冲压成型前具有良好的成形性能,并在人工时效过程中充分利用β′′相的析出潜力,最终获得较高的强度是本文研究的主要目的。通过本文研究,在理论上不但使Al-Mg-Si合金脱溶过程更加清晰,而且明确了脱溶初期溶质原子富集对β′′亚稳相脱溶动力学的影响。从实际角度使得高强度的Al-Mg-Si合金更加适合并广泛应用于汽车车身构件,实现汽车轻量化。在本文研究中,用分级淬火工艺取代了传统的水淬工艺,并在Al-Mg-Si合金中添加了微量的Zr元素,使用士差扫描量热分析（DSC）,透射电子显微镜（TEM）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）详细分析了分级淬火条件下Al-Mg-Si合金的自然时效和人工时效脱溶过程,重点考察了分级淬火工艺和Zr元素添加对β′′强化相脱溶动力学的影响,探讨了分级淬火和Zr添加对Al-Mg-Si力学性能的影响。研究结果表明Zr添加和分级淬火（分别在50℃,100℃和150℃保温1h后水淬）显著影响Al-Mg-Si合金的组织和性能:添加Zr既保持了合金塑性,又提高了Al-Mg-Si合金的强度;Zr可以细化铸态Al-Mg-Si合金的晶粒,使合金再结晶之后得到尺寸细小均匀,形状规则的等轴晶组织;在分级淬火条件下,Zr元素加快β′′强化相的脱溶速率,提高强化效果。分级淬火工艺降低β′′相的激活能,促进β′′相脱溶,对Al-Mg-Si合金的分级淬火工艺的探索表明100℃分级淬火是最佳的选择,不但可以在人工时效过程中获得最大的强度增加值,而且可以抑制自然时效的不利影响。目前,美国和日本生产的汽车用Al-Mg-Si合金固溶处理后淬火态延伸率约29%,屈服强度约110MPa,最终热处理后强度约190MPa左右。而本研究中的100℃分级淬火条件下,淬火态延伸率可达32.3-35.3%,屈服强度最高可达138MPa,最终热处理后屈服强度为220MPa-230MPa,加入Zr元素的Al-Mg-Si合金100℃分级淬火条件下,经过4个星期的自然时效屈服强度仍然可以达到200MPa,充分显示了分级淬火工艺和Zr元素添加对于改善Al-Mg-Si合金组织和性能的巨大作用。