重庆大学《MSEA》预时效和自然时效对Al-Mg-Si合金组织性能影响

　　Al-Mg-Si铝合金在固溶处理状态下具有相对良好的可成型性，并在汽车制造周期中经过烤漆（~180℃）后具有高强度。但是，在工业实践中难于在固溶热处理后立即进行烤漆，时间间隔可能是几周到几个月，因此组织中将会形成团簇，团簇的形成将引起显着的自然时效（NA）硬化。近年来，研究集中在预时效（PA）和自然时效（NA）对人工时效过程中β′相析出的影响。但是，PA和NA还会显着影响Al-Mg-Si合金中人工时效之前和制造过程中的强度和可成形性。

　　近期，来自重庆大学和中国铝业的研究人员对Al-Mg-Si合金中，总Mg和Si含量相同，但Mg/Si比不同的AA6014型合金进行研究。通过三维原子探针（3DAP）结合拉伸研究了预时效和自然时效对不同Mg/Si比的AA6014合金的团簇，强度和卷边性能的影响。相关论文以题为“Effects of pre-aging and natural aging onthe clusters,strength and hemming performance of AA6014 alloys”发表在Materials Science and Engineering A。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320302914

　　与经过7天自然时效（NA）的富Mg合金相比，富Si合金的屈服强度提高了，而在预时效（PA）和随后室温储存后，富Mg和富Si合金的强度相似。适当的预时效处理可以减轻有害的NA效应，并使样品在室温下保持稳定。与NA合金相比，PA合金的卷边性能得到改善。对于富含Si的合金，这种改善是显着的，而对于富含Mg的合金，这种改善是微不足道的。卷边性能与合金的强度有关，强度增加导致卷边性能下降。在NA合金中，特别是对于富硅合金，发现强度增加且卷边性能降低。可折弯性对强度敏感，而增加的强度导致可折弯性差。

图1自然时效七天AA6014合金的（a）电导率和（b）显微硬度的变化

图2 180°卷边的合金外表面的宏观外观（a）A1-PA；（b）A3-PA；（c）A1-NA；（d）A3-NA

　　无论合金成分如何，在PA处理期间都会促进Mg1Si1型团簇的形成。直接水淬后的NA促进了富硅合金中大量小尺寸富硅团簇的形成，而富镁合金中具有分散的Mg/Si比分布的团簇密度相对较低。在不同的时效过程中，过量空位的浓度以及空位与Mg和Si原子之间的结合能在团簇的沉淀动力学中起着重要作用。最后，利用团簇和固溶体原子统计数据来预测不同时效条件下合金的屈服强度。

图3两种合金在不同过程中的团簇示意图（a）预时效；（b）自然时效

　　PA后富Mg和富Si合金的数量密度和平均尺寸相似。尺寸分布相似，但是对于NA合金，富硅合金的数量密度高于富镁合金的数量密度。这归因于富Si NA合金中小团簇的数量密度增加。PA和NA合金的强度主要取决于团簇的数量密度和基体中的固溶原子。富硅NA合金中团簇的数量密度明显更高，导致最终状态下的强度更高。通过使用强化模型并结合提取的3DAP数据，实验测量和计算的屈服强度具有良好的匹配性。

图4合金团簇的尺寸（NC Mg+NCSi）和Mg/Si比（NCMg/NC Si）之间的关系

图5（a）PA和（b）NA后平衡和实际空位浓度的变化

　　总的来说，本文以两种选定的Al-Mg-Si合金研究了预时效和人工时效期间的团簇性质。计算了实际空位浓度的演变过程以了解不同时效过程，建立了微观结构特征之间的相关性，包括团簇和固溶体原子的尺寸和数量密度，以及屈服强度；还讨论了屈服强度对卷边性能的影响。