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分享:析出相和织构对5052合金和 新型 Al-Fe-Mn变形铝合金PLC效应的影响

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浏览:- 发布日期:2022-08-31 14:43:50【

摘 要:参考5052合金,通过去除镁元素,调整铁铬及稀土元素的含量,开发了新 Al-Fe-Mn变形铝合金,研究了析出相和织构对2种铝合金 PLC(Portevin-LeChate- lier)效应的影响果表:5052Brass{110}<112>,显的PLC效应,且合中大Mg2Al3 使PLC效应性应变增加而先强后弱;Al-Fe-Mn合金中再结晶织构 Cube{001}<100>,使塑性较好,且尺寸较大的 FeAl3 析出钉扎作用较弱,PLC

关键词:PLC;;;构 

中图分类:TG146.21 献标志码:A 文章编号:1000-3738(2022)05-0022-06

0 引 言 

某厂生产的5系铝合金汽程中,因 材 料 变 形 发 生 Portevin-LeChatelier (PLC)效应[1-2],导致表面粗糙度超标,产品外 观质量不合格PLC 效应表现为连续应力-曲线齿-线阶梯,流动,[3-6]目前,研究人员多采用降低零部件加工速率等 方法来有效减弱 PLC 铝合性能的影响[5-8],,有研过控铝合金显微组织来减弱 PLC效应的

根据动态应变时效(DSA)理论,PLC 效应 是由可移动位错与溶质原子之间的动态相互作 用引起的[9-11]镁作为铝合金中的溶质原子, 因具有高度流动性而易在位错周围形成原子气 ,对位错形成钉扎作用,导致在外加载荷作用 下铝 合 金 的 应 力-应 变 曲 线 出 现 锯 齿 状 波 [12-14];镁还会降低铝合金的堆垛层错能,位错迁移率,使位错重排和湮灭更加困难,同时 弥散的镁溶质原子还会与位错发生动态相互作 ,促 进 位 错 增 殖,使 得 铝 合 金 产 生 严 重 的 PLC效应[15-16]另外,作者经前究发: 在铝合金中加入铁元素后,合金 中 FeAl3 ,其容易以 SiO2 为形核质点析出;而在铝合 金中同时 加 入 铁 和 锰 元 素 后,合 金 在 铸 造 结 晶过 程 中 会 形 成(FeMn)Al6 ,二相形核质点作用,能够细,而有效提 升 板 材 的 深 冲 性 能,但 并 未 深 入 探 PLC [17-18],,5052金成,,铬及稀(RE)元素的,种新 Al-Fe-Mn变形铝合金,组织来减弱铝合金中的 PLC 效 应;研 究 了 析 PLC ,以 期 参考

1 试样制备与试验方法 

材料为江司生的退火态50525052成分基础上通过去除镁元素,稀土元素的含量而开发的变形铝合金板(以下 简称Al-Fe-Mn),板厚均为0.7mm,化学1


5052合金板的生产流程:熔铸出490 mm 厚板锭 →500 ℃ ×14h 均质处理 热轧至 7 mm→冷轧至2.8mm→400 ℃×9h中间退火 处理冷轧至0.7mm→300 ℃×9h再结晶退 火处理。 

Al-Fe-Mn合金板的生产流程:熔铸出490 mm 厚板锭→500 ℃×14h均质处理热轧至 7mm→冷轧至2.8mm→400 ℃×9h中间退 火处理冷轧至0.7mm→400 ℃×9h再结晶 退火处理

取两种板材,制备平行于轧制方向的截面 金相试样首先使用1.5μm 金刚石抛光试样表面,然后进行电解抛光(抛光液15mL HNO350mLHClO4950mL), 除去变形层[17-18];使Barker(50 mLHBF4950mL 去离子水组成)进行阳极氧 OlympusBX51M (OM)微组 织使 JEM-2100 (TEM),200kV;,再电解减薄,25% HNO3+75%CH3OH(体积分数),并用液氮进 行冷却,温度约为-40使用 TEM 附带的能 谱仪(EDS)对析出相进行成分分析使用 TEM 附带的能谱仪(EDS)

按照 GB/T228-2010,2上沿轧制方向切取拉伸试样,50 mm, 使WDW-200伸试,10-3s-1

BrukerD8DiscoverX线检测宏观织构,使Kα 线Schulz 背反射法测量(111)、(200)(220),斜角为75,工作电压为40kV,工作电流为 40mA利用级数展开法从3个不完全极图中 计算出取向分布函数(ODFs),ODF 表示为恒 定欧拉角 φ2 截面图,其中欧拉空间中的等强 度线由欧拉角Φ,φ1 φ2 限定,φ2= 45°φ2= 90°截面图来表示。 


2 试验结果与讨论 

2.1 显微组织

由图1可知,2种试验铝合金的显微组织 基本相同,均为均匀细小的等轴状再结晶晶粒, 表明其再结晶过程已经完成5052合金的晶 粒尺寸约为 70μm,Al-Fe-Mn 晶粒 尺寸约为45μm,稀土元素铈和镧加入地细化了晶粒


2.2 析出相

由图2可见,5052合金基体上弥散分布着 大量细小的白色颗粒状析出相,其尺寸在0.1~ 0.5μm,同时还存在较大的黑色块状析出相和 较小的黑色椭圆状析出相,尺寸均不大于 1.0 μm5052 合 金 中 镁 元 素 的 质 量 分 数 为 2.

由图3可见:Al-Fe-Mn合金中主要分布有较大 3 Al-Fe-Mn合金中析出相的 TEM 形貌及 EDSFig 3 TEM morphology a-c andEDSspectra d-f ofprecipitatesinAl-Fe-Mnalloy a d sphericalprecipitate b e rod-shapedprecipitateand c f granularprecipitate 的球状和棒状析出相以及较小的黑色颗粒状析 出相;Al-Fe-Mn相呈尺寸差异,1μm,状析出相尺寸仅约为15nm5052,Al-Fe-Mn合金中析出,出相 的形成有效增加了再结晶的形核质点,细化试样的再结晶组织结合 EDS分析结果可知: , 断该(FeMn)Al6 ;,FeAl3 ,FeAl3 的析出温度约为655 ℃,[19-21]。 


2.3 变 

由图4:Al-Fe-Mnθ Cube{001}<100>,;5052 Cube {001}<100>,α制织Brass{110}<112>,Al-Fe-Mn合金相比明显较弱Al-Fe- Mn合 金 和 5052 合 金 中 均 存 在 Cube{001}<100>立方织构,这是由于立方取向晶粒在冷轧 过程中并未全部旋转至轧制方向,使得合金中 有部分立方取向晶粒残留,而立方取向晶粒具有 有利于晶粒长大的40°<111>取向关系,在长大程中具有比其他取向的晶粒更快的长大速度,终在合金中形成了较多的 Cube{001}<100>立方 织构[22]。 

织构对材料力学性能的影响主要体现在相 应滑移系对应取向因子μ 的大小上依据临 界分切应力定律[22],取向因子可表示为 μ=τc/σs (1) 式中:τc 为临界分切应力,通常为常数;σs 为屈 服强度

以反极图的形式给出拉伸变形时不同取向 晶粒的 初 始 最 大 取 向 因 子 值 分 布,反 极 图 <111>,,,<001><011>,软取向区,,良好的塑性[21-22]由图5可见,5052合金取向 因子在<111>硬取向上存在明显聚集,Al-Fe- Mn合金的取向因子大部分聚集在<001>软取向,观上出更


2.4 出相构对PLC响 

由图6 可以看出:5052 -应变 线,90 MPa,,线显的锯齿状波动,PLC;Al-Fe-Mn-应 变 线 呈连续屈服特征,塑性变形阶段曲线较为光滑,未观 察到 PLC效应由表2可知:Al-Fe-Mn的屈服强度比5052合金低约35MPa,长率明显高于5052合金;应变硬化指数了金属材 料 抵 抗 均 匀 塑 性 变 形 的 能 力,5052 合 金 的 应 变 硬 化 指 数 高 于 Al-Fe-Mn 合 金根据 DSA ,PLC由可[11-12],,使 Hall-Petch Al- Fe-Mn[14],94.7MPa, 此结果 与 实 测 值(53.2 MPa), 说明镁的固溶强化以及析出强化的强度增量 约为41 MPa因此,5052合金的强度很大程度上依赖 镁 的 强 化 效 应,这 也 是 导 致 其 产 生 PLC效应的主要因素。 

为了表征合金的加工硬化能力与力学性 能之间的关系,根据θ=∂σ/ε(θ ;σ为真应力;ε为真应变), 并以加工 硬 化 率 和 真 应 变 作 图,结 果 嵌 入 于 6由图 6 可 以 看 出:出 现 PLC 效 应 的5052合金加工硬化明 显 ,且 随 的增大,其加工硬率逐步下;Al-Fe-Mn 合金的加工硬化率随应变增大先下降至一平 ,而后 再 缓 慢 下 降5052 合 金 在 α纤 维 上 出现了较强的轧制织构 Brass{110}<112>,取向因子在<111>硬取向上存在明显聚集,致其在轧 制 方 向 上 的 断 后 伸 长 率 偏 低,加 工 硬化率高,这为 PLC 效应的 形 成 提 供 了 基 础 条件5052合金相比,Al-Fe-Mn合金中形 成了较多的 Cube{001}<100>,向因子大部分聚集在<001>,金塑性大大提高,断后伸长率明显上升,硬化率明显下降,PLC效应消失另外,合金 中析出相 的 大 小形 态 等 特 征 也 是 影 响 PLC 效应的 重 要 因 素5052 合 金 相 比,Al-Fe- Mn合金析出相尺寸明显粗大,对位作用很小,因此应力-应变曲线平滑,PLC效应 消失。 

5052合金的 PLC效应在应变达到3.5% ~4.0% 时 开 始 出 现 (6),且 刚 开 始 时 的 PLC效应较弱,随着应变持续增大,PLC效应 越来越强在此过程中可以确定2要参 :曲线中锯齿 的 应 力 降 低 值(Δσ)齿 重新加 载 时 间(Δt),即 锯 齿 的 最 高 点 和 最 低 点之间的应力差和锯齿重新加载过程所需的 时间ΔσPLC效应最显著的特,出现与动 态 应 变 时 效 的 影 响 有 关,性流动的非均匀性程度;Δσ越大,应变的非均 匀性也越大5052合金的 Δσ 随应变的变 化 情况如图 7 所 示由 图 7 可 以 看 出,5052 金的 Δσ随应变的增加先增加后降低,该变与合 Mg2Al3 出相,Δσ 2 MPa,,,, 其与位 错 的 DSA 效 应 使 得 铝 合 金 中 的 PLC 效应不断 增 强,错 完 固 溶 的阻碍作用后(10%),材 料 动的不均匀程度最大;而后 Δσ 随应变增大逐 渐下降直至试样断裂,该阶段 Mg2Al3 相的析 ,Mg2Al3 相 较 软,使 得 PLC,Δσ下降。 


3 论 

(1)5052合金和 Al-Fe-Mn合金显微组织 ,Al-Fe- Mn;5052小的 Mg2Al3 ,FeAl3 AlCrMnFe;Al-Fe-Mn出相 主 要 为 大 尺 寸 的 FeAl3 ,(FeMn)Al6

(2)Al-Fe-Mn 合 金 中 再 晶 织 构 Cube {001}<100>,<001> ;5052, 存在较强的轧制织构 Brass{110}<112>,取向因子在<111>

(3)使5052 合金PLC,进行,Mg2Al3 析 出 相 使 PLC;Al-Fe-Mn,,没有形成 PLC效应


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