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多元复合微合金化协同作用下双辊铸轧6xxx系铝合金组织演变及增强增塑机理研究

批准号:
52104377
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
徐振
依托单位:
学科分类:
材料冶金加工
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐振

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
铝合金薄板短流程生产制备技术是一种技术含量高、装备集成度强、生产工艺水平高的铝合金板带先进制造技术,但我国以双辊铸轧技术制备的6xxx系铝合金板材存在组织不均、成形性差及强塑性差等问题。鉴于此,本项目提出了利用多元复合微合金化形成L12结构的纳米复合相协同改善6xxx系铝合金铸轧板材的微观组织结构,提高板材综合性能的研究思路。但是当前,在铸轧铝合金成形过程中多元复合微合金元素之间的交互作用及其对L12结构纳米复合相析出行为的影响机理尚不明晰。本项目拟通过添加多元复合微合金元素,结合有限元模拟、性能测试、组织观察等手段系统研究6xxx系铝合金铸轧过程中多种微合金元素之间的交互作用,揭示L12结构纳米复合相的析出行为,阐明L12结构纳米复合相特征与板材强塑性的相关性。本研究可以为我国生产出高质量的6xxx系铝合金铸轧板材提供科学基础和实验依据。
英文摘要
Short-flow production and preparation technology of aluminum alloy sheet is an advanced manufacturing technology of aluminum alloy sheet and strip with high technical content, strong equipment integration and high production technology level. However, the 6XXX series aluminum alloy sheet prepared by the twin-roll casting and rolling technology in China still has some problems such as uneven structure, poor formability and poor strong plasticity. In view of this, this project put forward the research idea of improving the microstructure and comprehensive properties of 6XXX series aluminum alloy cast-rolled sheet by using the nano-composite phase with L12 structure formed by multi-component composite microalloying. However, at present, the interaction between multiple composite microalloying elements and its influence mechanism on the precipitation behavior of L12 structure composite phase in the casting and rolling aluminum alloy forming process are not clear. This project intends to through the composite micro alloy elements, combined with the finite element simulation, the performance test, microstructure observation system research in 6 XXX series aluminum alloy cast-rolling process of the interaction between multiple microalloy element, reveal L12 nanocomposite phase separation behavior of structure, clarify L12 structure characteristic and the sheet strong plasticity. This study can provide scientific basis and experimental basis for the production of high quality 6XXX series aluminum alloy cast-rolled sheet in China.
铝合金薄板短流程生产制备技术作为铝合金板带制造领域的高级技术形态,对于优化生产效率和降低能耗具有重要意义。然而,我国采用双辊铸轧技术制备的6xxx系铝合金板材普遍存在微观组织不均匀、成形性能受限及强度与塑性匹配不佳等问题,严重制约了其在高端制造领域的应用。针对这一现状,本项目旨在探索多元复合微合金化策略,利用L12结构纳米析出相对铸轧薄板组织性能的调控作用,以改善6xxx系铝合金铸轧板材的微观结构和综合性能。通过单独和复合添加Mn、Zr、Er等微量合金元素,系统研究了铝合金铸轧成形过程中多元复合微合金元素之间的交互作用,阐明了多元复合微合金化协同提高 6xxx系铝合金铸轧板材强塑性的机理,研究结果表明:Mn、Zr复合微合金化作用可以促进 6xxx系铝合金铸轧板中Mg2Si相的生成,显著细化晶粒组织,大幅提高铸轧板的再结晶抑制能力,改善铸轧板边部的偏析情况。综合Zr对PSN行为的抑制作用,L12结构的纳米级Al3Zr析出相对晶界的钉扎作用以及对富铁相形态分布的改善作用,Mn、Zr复合微合金化打破了传统的强度和塑性相互转化的制约条件,实现了6xxx系铝合金铸轧板强塑性同时提升。此外,Zr元素可以从原子层面上通过降低铝合金凝固时的形核势垒,降低临界晶核的形成难度,促进hcp团簇向fcc团簇的转变,改变晶核的生长机制,加快铸轧凝固速率;Er、Zr复合添加时,得益于L12结构的纳米级Al3Er相的析出,二次枝晶臂间距明显减小,合金元素在枝晶间的偏析程度显著减轻。Er与Fe发生交互作用,可以改变铸轧板中富铁相的形貌及分布,促使边部富铁相由连续交叉的针片状转变为独立细小的颗粒状及短棒状相,更加均匀弥散分布于基体中。此外,由于与基体具有共格关系的L12结构的纳米Al3Er相在基体中弥散析出,对位错及亚晶界具有钉扎作用,铸轧板的综合力学性能大幅提高。
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