5052含Er铝合金均匀化退火及热变形行为研究

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5XXX系铝合金属于不可热处理强化铝合金,具备比强度高,耐蚀性、焊接性良好,容易加工成型等优点而被广泛应用于交通运输业中。随着我国成为全球第一大汽车市场,节能减排的要求越来越高,汽车轻量化成为了每家汽车厂商追逐的目标,而利用铝合金代替传统钢铁成为了主要技术手段,所以对铝合金的性能提出了更高的要求。然而,传统的铝合金板材的各向异性较为明显,在相同变形条件下的成形性不如钢板,这主要还是与合金的显微组织有很大关联。  5052铝合金是5XXX系铝合金中应用最广泛的合金之一,对它的研究已经相当深入。本文以5052铝合金为基础,向其中添加微量稀土元素 Er进行改性。采用光学金相显微镜(OM)、差热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDS)、热模拟实验机(Gleeble-1500D)、室温拉伸实验和显微硬度测试等技术手段分析不同的均匀化热处理工艺对5052含Er铝合金显微组织,热压缩变形行为以及热轧板材力学性能的影响,以期从中优化出一套合理的加工工艺,以获得成形性良好的板材。  研究结果表明,铸态5052含Er铝合金的显微组织由α-Al和分布在枝晶间呈汉字状或针状的富Fe相构成,晶粒尺寸超过100um。稀土元素Er在合金中的存在形式一种是固溶于α-Al中,一种是形成了Al3Er、Al3(Er,Zr)和Al-Fe-Er等第二相。其中Al3Er、Al3(Er,Zr)在合金铸造凝固过程中起到异质形核剂的作用。  对铸态5052含Er铝合金进行4种不同制度的均匀化热处理后,低熔点的非平衡共晶相基本发生回溶,未溶解的共晶相是Al3Fe和Al-Fe-Er等富Fe相,尺寸粗大而稳定,在4种均匀化态下没有明显差异。采取(560℃/30h炉冷)单级均匀化退火后合金组织中分布着大量的杆状β’-Al3Mg2和球状Al3(Er,Zr)、Al3Zr相,但是分布、尺寸很不均匀。多级均匀化态合金组织中均没有观察到β’-Mg2Al3;双级均匀化(560℃/30h+150℃/10h空冷)热处理最有利于 Al3(Er,Zr)、Al3Zr纳米球状相的弥散形核析出,平均粒子半径仅14nm,数量密度20.3um-1,而当第二级均匀化温度升至300℃后,Al3(Er,Zr)、Al3Zr等纳米颗粒出现明显长大,数量有所减少(数量密度9.4um-1)。三级均匀化则是在原有的560℃/30h+150℃/10h双级均匀化工艺后添加了一道300℃/10h均匀化退火工艺,一部分Al3(Er,Zr)与Al3Zr粒子长大,形态也有球状转变为了短棒状。  对4种均匀化退火态的合金进行热等温压缩实验,发现其高温变形过程是一种类似于高温蠕变的热激活过程。流变应力随变形温度的上升而减小,随应变速率的增大而升高。流变应力σ、应变速率ε?以及变形温度T三者之间的关系可以用含有Z参数的Arrhenius方程加以描述,本文建立了4种状态5052含Er铝合金的热变形本构方程,求解了对应的热变形激活能。其中双级均匀化(560℃/30h+150℃/10h空冷)态试样的稳态流变变形激活能最高(247kJ/mol),显微观察显示该试样在热压缩过程中仅发生了动态回复,而在另外三种均匀化态试样中,当变形温度为420℃,480℃时,心部就会发生动态再结晶,软化程度更好,所以热变形激活能较低。  对4种均匀化退火态的5052含Er铝合金进行470℃高温热轧,组织及力学性能均得到改善,当轧制变形量达到59.1%后,板材发生较完全的再结晶,组织得到明显细化,综合力学性能全面提升。对比4种状态合金最后一道次轧制完(变形量72.7%)的板材室温力学性能,单级均匀化态(560℃/30h炉冷)与双级均匀化态(560℃/30h+150℃/10h空冷)合金的屈服强度要明显高于其他两种状态合金但是。(560℃/30h+150℃/10h+300℃/10h空冷)三级均匀化态合金沿三个方向的延伸率均超过55%,相互间的差异不超过5%,屈服强度和塑性各向异性最小。
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