梯度复合70756009铝合金材料的制备与力学性能研究

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1、华南理工大学博士学位论文梯度复合7075/6009铝合金材料的制备与力学性能研究姓名：郑小平申请学位级别：博士专业：材料加工工程指导教师：李元元20090413捅要双流浇注连续铸造(Double．Stream．PoutingContinuousCasting，DSPCC)是一种低成本、大规模制备层状复合材料的新技术，它可以利用两股不同成分金属熔体的同时浇注，获得具有宏观尺度(mm数量级)冶金结合界面的梯度复合材料。6009是一种用量很大的汽车车身板材用铝合金，而7075是一种获得了广泛应用的超高强铝合金，如果能够综合7075铝合金和6009铝合金各自的优点，将7075铝合金作为

2、内层、6009铝合金作为外层，形成层状复合材料，有望开发出一种新型的汽车车身复合板材，应用前景非常广阔。本文首次利用自行研制的双流浇注连续铸造设备制备了梯度复合7075／6009铝合金铸锭，并通过自由热压和热轧变形获得了不同厚度的7075／6009铝合金板材，研究了复合板材的热处理工艺与力学性能。通过分析不同铸造工艺和塑性变形工艺对复合材料组织、成分和性能的影响，得到以下主要结论：利用双流浇注半连续铸造技术制备梯度复合7075／6009铝合金铸锭，必须优先确定冷却水压、铸造速度和外浇包熔体温度三个工艺参数，还要防止内浇包熔体在导管中堵塞和流量过大的问题，同时确定节流片在内导管中

3、位置、节流孔径、内导管插入结晶器深度和内熔体温度的相互匹配。冷却水强度固定为0．3MPa情况下，其他工艺参数的合理范围是：铸造速度150"-'200mm／min，外浇包熔体温度720"---760℃，内浇包熔体温度720"-'780℃，节流孔径1．6～1．8mnl，内导管插入结晶器深度0～15mm。采用双流浇注半连续铸造技术获得了梯度复合7075／6009铝合金铸锭，重点分析了节流片位置、节流孔径、内导管插入结晶器深度和铸造速度对梯度复合7075／6009铝合金铸锭的组织、硬度分布和成分分布的影响。结果表明：节流片在内导管上沿比在内导管下沿更有利于工艺参数的控制；随着节流孔径的

4、增大和铸造速度的增加，铸锭外层合金厚度显著减小：随着内导管插入结晶器深度的增加，铸锭外层合金厚度增加；基于连续铸造传热特点，获得了铸锭外层合金厚度与铸造工艺参数相互关系的表达式，理论分析与试验结果具有较好的一致性；分析了梯度复合7075／6009铝合金铸锭的界面组织特征，总结了三种过渡区类型，分析了这三种过渡区类型在铸锭组织和硬度分布方面的不同特点；在7075／6009合金的双流浇注连续铸造过程中，节流孔径和铸造速度显著影响液穴的形状，而内导管插入结晶器深度变化对液穴形状的影响较小：不同铸造工艺参数下，梯度复合材料横截面上的Zn含量都存在梯度分布，复合材料的外层合金成分分布不受

5、铸造工艺参数的影响，但工艺参数对内层合金中的Zn浓度影响很大。梯度复合7075／6009铝合金铸锭在不同温度和变形量下进行压制和轧制，铸态下的梯度结构特征经过塑性变形后仍然得到保持，而且铸锭下的组织非均匀现象获得了缓解；随着板材厚度减小，梯度复合7075／6009铝合金板材的抗拉强度和屈服强度逐渐升高，而伸长率变化不明显。压制温度为400℃时，厚度为12him的梯度复合7075／6009铝合金板材的拉伸力学性能最优：ob为381MPa、oo．2为322MPa、6为16．1％。梯度复合7075／6009铝合金板材的最佳T6热处理工艺为：485℃固溶30min，水淬，175℃时效8

6、h。利用优化后的T6热处理工艺，梯度复合7075／6009铝合金板材获得的力学性能典型值为抗拉强度404MPa，屈服强度364MPa，伸长率15．3％。与T6热处理态下的6009合金相比，抗拉强度提高了36％，屈服强度提高了75％，伸长率约为6009合金的84％。关键词：梯度复合材料；连续铸造；双流浇注：力学性能；7075铝合金；6009铝合金IIAbstractDouble--stream—-pouringcontinuouscasting(DSPCC)isanewtechniquetopreparelaminatedcompositeswithlowcostandatala

7、rgescale．Usingthismethod，thegradientcompositeswiththewidthofmetallurgical—bondedinterfaceinmillimeterordercanbepreparedbypouringtwomeltswithdifferentcomposition．Ifalaminatedcompositeiscombinedby6009aluminumalloy,whichisusedasautomobilebodyplate，and