时效硬化铝合金板材预成形退火加工工艺研究

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1、时效硬化铝合金板材预成形退火加工工艺研究PreformAnnealingAge-HardenableAluminumSheet一级学科：机械工程学科专业：机械工程作者姓名：王凯峰指导教师：胡仕新教授天津大学机械工程学院二〇一三年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作

2、者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要2009年《中国能源发展报告》中指出我国机动车占石油燃料的消耗比重约为60%，而且随着经济的不断发展，汽车的销售量也在不断攀升。为了减少环境污染，汽车行业的节能

3、减排越来越受到人们的重视，目前常见的汽车节能减排措施包括：（1）提高汽车的燃油效率；（2）研发新的传动系统，比如混合动力传动系统等；（3）进行汽车的轻量化设计。其中，汽车的轻量化设计是最容易实现且成本较低的一种措施。近年来，关于汽车轻量化设计的研究越来越多，仅轻量化材料的选择就多种多样，比如高强钢、铝合金、镁合金和复合材料等。铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性好和易加工等优点，被越来越多的应用到汽车行业。但是与传统的钢材相比，铝合金的成形性能较差，尤其是在大变形零部件的加工过程中，比如弯曲、卷边和翻边等，常出现破裂现象。因此，在铝合金板材的加工

4、过程中常需要采用特殊的加工工艺。目前常见的铝合金板材特殊加工工艺包括温成形、超塑性成形、液压成形和电磁成形等等。2007年，美国通用汽车公司（GM）提出了一种新颖的用于提高铝合金成形性能的特殊加工工艺：预成形退火加工工艺（PreformAnnealing）。该加工工艺将传统的板料一步成形分解成两步成形，并在中间增加一个高温退火过程。与其他的特殊加工工艺相比，该加工工艺成本较低且能在常温下进行铝合金板材的成形加工。目前关于预成形退火加工工艺的研究主要是针对5xxx系列非时效硬化铝合金（即热处理过程中并没有析出相发生变化的铝合金）。2006年，Lee

5、等人曾采用AA5182-O板材成功地将该加工工艺应用于汽车内侧车身板的加工过程之中。后来，Li等人曾详细地研究了预成形退火加工工艺对AA5182-O板材成形性能的影响。通过比较预成形退火加工工艺后材料基于应变的成形极限曲线（FormingLimitCurves,FLCs）的变化，Li等人指出该加工工艺确实能显著提高铝合金的成形性能。另外，由于中间的退火过程中并不会改变材料的硬化性能和应力应变之间的关系，因此，Li等人还指出传统的基于应力的成形极限曲线可以用于直接评价预成形退火加工工艺下材料的成形性能。但是，对于6xxx系列时效硬化铝合金预成形退火

6、加工工艺的研究尚属空白。与5xxx系列铝合金相比，6xxx系列铝合金具有烘烤之后强度更高、耐磨、耐冲击性和表面质量好等优点，其更适合用作汽车的外覆盖件材料。然而，对于6xxxI系列时效硬化铝合金而言，中间的退火过程能引起析出相的变化，进而导致材料的机械性能改变。另外，单一的应力应变之间的关系会发生变化，所以传统的基于应力的成形极限曲线已经不能直接用来评价预成形退火加工工艺下材料的成形性能。因此，对于该系列铝合金预成形退火加工工艺的研究会更加困难。为了扩大预成形退火加工工艺的应用范围，有必要研究该加工工艺对6xxx系列铝合金组织与性能影响规律，从而

7、为该加工工艺在汽车外覆盖件加工中的应用奠定基础。本文采用一种典型时效硬化铝合金板材AAx610-T4PD，主要从力学性能、各向异性（塑性应变比，r值）和成形极限曲线三个方面研究了预成形退火加工工艺对材料性能的影响。同时，通过观测不同工艺条件下晶粒度、析出相以及织构的变化，从微观组织角度进一步分析和验证了该加工工艺对材料性能的影响。为了实现上述实验方案，本文主要采用了以下技术手段：（1）单拉实验：通过简单的拉伸试验，可初步研究预成形、退火以及烘烤工艺对材料力学性能的影响，并能够获得较好的工艺参数，从而为下一步的实验奠定基础。（2）Marciniak

8、实验：与常见的Nakazima实验相比，该实验方法能提供更精确的实验结果。其具有以下优点：1）平面内变形，在试样的胀形过程中能提供线性的