6016铝合金汽车板电磁铸轧成型过程和热处理工艺研究

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6000系铝合金是目前有关汽车轻量化研究和应用的热点之一。近年来铝合金在轿车上的应用比重不断上升,尤其是经热处理(如T4、T6、T8X)的6000系列铝合金板材,能够很好地满足汽车对壳体的要求用于汽车车身外板。但是其制备过程复杂冗长,常用的生产方式为铸造、锯切、铣面、均匀化处理与加热、热轧、冷轧(含中间退火)等。本文选取6000系铝合金中塑性较好的6016铝合金采用双辊铸轧这种节能高效的方式来铸轧成形。首先在实验室铸轧机上成功制备出6016常规铸轧和电磁铸轧两种带坯,进行铸轧态显微组织和拉伸性能对比分析,观察引入电磁场对板材微观组织和性能的影响。然后将电磁铸轧板材均匀化处理后冷轧成0.9~1.2mm的薄板,进行不同温度的固溶淬火处理后比较板材微观组织、T6态的力学性能,以及不同预时效工艺对烤漆硬化性能的影响。旨在开发合适的热处理工艺使6016铸轧薄板经过处理后在冲压成形性和烤漆硬化性能两方面达到企业的要求,为工业化生产提供一定的理论基础。基于实验条件,得出以下结论:(1)未施加电磁场的6016铝合金铸轧板材金相组织中间有明显的偏析带,主要合金元素Mg和Si元素分布富集在晶界处,严重影响了板材的各种性能。施加电磁场之后铸轧板材中间偏析减轻甚至消失,Mg、Si元素也更加弥散的分布在基体中,有力的改善了组织和性能。(2)相比常规铸轧,电磁铸轧板材的晶粒得到细化,大小变得均匀,晶界更加规则。粗大树枝晶减少,且中间等轴区变宽,第二相粒子分布更均匀,力学性能增强。对比常规铸轧和电磁铸轧各个方向的拉伸性能,可以知道电磁铸轧板材在TD、45°、RD三个方向上的拉伸性能差距不大,更有利于板材的进一步的轧制。(3)将铸轧板冷轧薄板进行不同固溶淬火处理。参照金相组织,扫描组织和断口分析以及力学性能测试等得到铸轧冷轧板的最佳固溶工艺为550℃×30min,T6态处理后的力学性能达到Rm:350MPa、Rp:290MPa,A:15%。(4)从得到的6016铸轧薄板自然时效硬化曲线中可以看出自然时效停放过程铸轧板材的硬度逐渐升高。显微硬度由淬火态62Hv上升至89Hv(自然时效7天后),不利于冲压成形,且烤漆硬化效果甚微。所以需要进行合适的预处理来提高板材的成形性能和烤漆硬化性能。(5)通过比较不同预时效处理后样品的显微硬度和力学性能得到最佳预时效工艺为160℃×5min,经该过程处理后抗拉强度、屈服强度和延伸率为42MPa、118MPa和26.6%。DSC曲线可以看出经过预时效处理β"相的形成峰前移,表示该相形成温度降低,模拟烤漆后更容易析出。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
第1章 绪论第10-22页
    1.1 车身用铝合金概述第10-11页
    1.2 6000 系铝合金板的研究现状第11-18页
        1.2.1 国内外6000系铝合金的发展现状第11-13页
        1.2.2 6000 系铝合金主要成形过程第13-14页
        1.2.3 6000 系铝合金研究方向第14-18页
    1.3 铸轧技术的发展及研究现状第18-21页
        1.3.1 连续铸轧的研究现状第18-19页
        1.3.2 电磁铸轧技术发展与现状第19-21页
    1.4 本文研究意义、目的及内容第21-22页
        1.4.1 本课题研究的目的和意义第21页
        1.4.2 本课题研究的内容第21-22页
第2章 实验材料与方法第22-34页
    2.1 实验方案第22-23页
    2.2 实验材料与过程第23-30页
        2.2.1 铸轧主要实验过程第23-26页
        2.2.2 铸轧实验过程第26-28页
        2.2.3 铸轧薄板制备第28页
        2.2.4 热处理工艺第28-30页
    2.3 实验测试与分析第30-34页
        2.3.1 金相(OM)组织观察第30-31页
        2.3.2 扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析技术第31页
        2.3.3 差示扫描热量热法(DSC)测试第31页
        2.3.4 硬度测试第31-32页
        2.3.5 拉伸测试第32页
        2.3.6 电导率测试第32页
        2.3.7 XRD物相分析第32-34页
第3章 6016 铸轧带坯微观组织和性能第34-42页
    3.1 电磁场对6016铸轧板材偏析的影响第35-38页
        3.1.1 铸轧板材宏观区域的偏析第35-36页
        3.1.2 板材微观区域枝晶偏析第36-38页
    3.2 电磁场对6016铸轧板材晶粒大小、分布的影响第38-40页
    3.3 电磁场对6016铸轧板材的拉伸性能影响第40-41页
    3.4 本章小结第41-42页
第4章 铸轧薄板的热处理工艺第42-59页
    4.1 固溶温度对板材的影响第42-47页
        4.1.1 固溶温度对6016铸轧薄板微观组织的影响第42-45页
        4.1.2 固溶温度对6016铸轧板力学性能的影响第45-46页
        4.1.3 固溶温度对6016铸轧板断口形貌的影响第46-47页
    4.2 铸轧薄材的自然时效和人工时效第47-50页
    4.3 预时效处理对铸轧薄板性能的影响第50-57页
        4.3.1 预时效处理后板材时效硬化的影响第50-52页
        4.3.2 预时效对合金力学性能的影响第52-56页
        4.3.3 预时效对合金析出动力学研究第56-57页
    4.4 本章小结第57-59页
第5章 结论第59-61页
参考文献第61-66页
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果第66-67页
致谢第67-68页
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