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5XXX系铝合金板材在汽车制造中的应用

www.91jinshu.com   2019-09-02  来源:中国有色网  编辑部
摘要 在工信部提出的宜大力发展的高性能汽车用铝合金薄板中有两种5XXX系合金:5754、5182-RSS。除了这两个合金外,得到应用的还有5022、5023、5454、5154、5083等合金。Mg在铝中的溶解度仅次于锌而居第二位,在450℃时的极限溶解度为17.4%,室温只有1%。在理论上Al-Mg合金应
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在工信部提出的宜大力发展的高性能汽车合金薄板中有两种5XXX系合金:5754、5182-RSS。除了这两个合金外,得到应用的还有5022、5023、5454、5154、5083等合金。

Mg在铝中的溶解度仅次于而居第二位,在450℃时的极限溶解度为17.4%,室温只有1%。在理论上Al-Mg合金应该有强烈的时效硬化效应,但因β相的沿晶沉淀倾向和弥散度的限制,无法利用这种效应,多以退火O状态或冷作硬化状态H使用。

Al-Mg合金过饱和固溶体α'的沉淀过程:

α'→GP区→β'→β(Al8Mg5)

Mg原子直径(0.320nm)远比Al(0.286nm)的大,淬火后GP区虽在几秒钟内即能形成,但尺寸小(1.0nm~1.5nm),周围有密集的空位云,与母相几乎不发生共格应变,故Mg含量≤(5%~7%)的合金无明显的时效硬化效应。Mg≤8%的合金,室温时效几年后,GP区可以长大到10nm,虽有较大的强化效应,但出现强烈的沿晶断裂特点,塑性急剧降低到只有约1.5%,无实用价值。

向Al-Mg合金加Mn或Cr,主要是为了改善抗蚀性和可焊性,但固溶那部分还有一定的强化作用。Ti和V是晶粒细化剂,也有提高强度和可焊性的作用。Be能防止熔铸和焊接时的氧化倾向,特别是高合金尤为需要。微量Sb或Bi主要为了防止高Mg合金的“钠脆”现象。Cu、Zn、Fe、Si是杂质,应严加限制,但Si能改善可焊性,故5A03合金含0.50%Si~0.80%Si。

由于Al-Mg合金只有轻微的时效硬化效果和强烈的沿晶沉淀倾向,只能在退火(300℃~380℃)或冷作硬化状态下工作,但它们的优秀抗腐蚀性能只有β相沿晶内晶界均匀分布的情况下才能显示出来,并且分布形态还受Mg含量的强烈影响。一系列的研究结果表明,Mg含量≤3%的合金稳定性极高,无论是退火或冷作硬化状态,在室温或敏化处理温度(67℃~177℃)长时间加热,均不形成沿晶β相网膜,对应力腐蚀开裂(SCC)和剥落腐蚀也不敏感,但Mg含量>3.5%后,特别是经过冷作硬化,随Mg含量的升高(≥5%Mg),对SCC的敏感性也强烈升高,甚至在室温长时间存放(20a~30a),也能沿晶界形成连续的β相网膜。因为高Mg含量(>6%~7%)合金即使在315℃~330℃充分退火,α固溶体也不能完全分解,仍处于过饱和状态,故组织很不稳定。

解决高镁合金组织性能稳定性的途径有二:一是退火后进行大的冷变形(ε=30%~50%),增加位错密度或β相形核点,并在200℃以上沉淀处理,促进固溶体彻底分解和β相均匀分解;另一办法是降低镁含量≤3%,并添加适量可以提高强度和再结晶温度的Mn和Cr,也能避免β相沿晶沉淀,得到与高镁含量相当的强度,美国的5454合金(2.7%Mg、0.7%Mn、0.12%Cr)即可得到与Al-4Mg合金相同的强度,而无SCC和EFC敏感性,但此法无法使Al-Mg合金的强度有很大提高。

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