时效对6063铝合金力学性能及阻尼特性的影响

1、您现在的位置： 首页 >> 行业宝典 >> 金属宝典 >> 废铝 >> 正文 时效对6063铝合金力学性能及阻尼特性的影响 王 莉， 蒋大鸣(哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨150001)摘要：对AlMgSi合金6063进行了不同的时效处理，测试了合金在不同时效状态下的力学性能和阻尼特性。结果表明，合金在不同的时效状态，力学性能有明显差异，阻尼特性也有较大差别。可以通过调整合金的时效工艺来改变合金的阻尼特性。关键词：时效；力学性能；阻尼特性；AlMgSi合金中图分类号：TG014621 文献标识码：A 文章编号：10077235(2003)1200

2、3503在减振降噪技术中，最经济、有效和方便的途径就是提高材料的减振性能，采用高阻尼材料，阻碍振动传播，迅速降低振幅，避免产生共振，从而提高产品的安全性和寿命。金属基复合材料不仅具有较高的比强度、比模量，还有较好的阻尼减振性能，是目前最有发展前途的结构功能型结构材料之一。其中，铝基高阻尼材料具有密度小、比强度高、制备工艺简单、材料成本低、非磁性和阻尼性能好等特点。对于要求结构轻便、振动和噪音小的航空、航海制造业来说，使用铝基高阻尼材料尤为重要。因此，它在军工和民用领域都具有非常广泛的应用前景。目前国内外对高阻尼铝基材料的开发和应用非常重视，研究极为活跃。我国研究起步较晚，但是近几年也取得了可喜

3、的成就。目前的研究主要是将增强、增阻颗粒与铝合金复合，从而得到高阻尼、低密度等优良的综合性能，而有关时效对材料阻尼性能的研究至今还没有报道。本文研究了常用于铝基复合材料基体的6063铝合金在不同时效状态的力学性能及阻尼特性，以便为新型高阻尼复合材料的选用提供基础数据。l 材料及试验方法材料为6063铝合金热轧板材，合金的化学成分(质量分数)为w(Mg)=045，w(Si)=041，w(Mn)=007，w(Fe)=017，w(Cu)=0004，w(Cr)=0007，余量为Al。合金在530°C固溶处理30min，室温水淬，在190°C和250°C进行时效。测定606

4、3铝合金热轧板材在不同时效时间的硬度和拉伸性能，根据合金的硬度和拉伸性能变化，选择三个不同状态的合金进行疲劳试验及阻尼性能测试。拉伸试验在Instron 1185材料试验机上进行，起始应变速率为33x10-4s-1。拉拉疲劳试验采用液压伺服系统，频率为60Hz，应力比为025。阻尼测试采用HP3562A动态信号分析仪，BK4810激振器。所有的性能试验及阻尼测试均在室温进行，相对湿度约为50。采用透射电镜对6063铝合金热轧板材在不同状态下的组织进行观察。 2试验结果及分析硬度和拉伸性能测试表明，6063铝合金热轧板材固溶处理后在160时效，经64h达到时效峰值。在250时效，经12h达到时效

5、峰值。根据硬度和拉伸试验结果，选择了三个时效状态，即欠时效(UA)、峰值时效(PA)和过时效(OA)状态进行疲劳试验、阻尼测试及组织观察。具体工艺参数及拉伸和疲劳性能见表1。由表1可知，合金在UA状态，强度较低而伸长率高。合金在PA状态，硬度和拉伸强度都达到最高值，伸长率也明显降低。OA状态下，合金的硬度和拉伸强度都明显降低，而伸长率没有明显改善。由表1还可以看出，合金的疲劳强度随着静态强度的增加而增加，但是增加的幅度没有静态强度增加的大，合金的疲劳强度抗拉强度比值随着静态强度的降低而降低。阻尼测试表明，合金在不同时效状态下，其阻尼特性也有着较明显的差异。在UA状态，合金显示出最高的阻尼比。在

6、OA状态，合金的阻尼比次之。而PA状态合金则显示出最低的阻尼比。6063铝合金在不同状态下的透射电镜组织照片见图1。由图可见，合金在UA状态，具有较低密度的位错和弥散相(图1a)。在高倍下，可以观察到GP区，由于十分细小，无法摄照清楚。在PA状态，可以清楚地观察到沿<100>方向分布的状GP区(图1b)。在OA状态，合金的时效析出相为杆状的´相(图1c)。在PA和OA状态，还可以观察到沿晶析出相及沉淀物无析出带。此外，在不同状态下的合金组织中均可以观察到弥散相和夹杂相。弥散相为All2Mn3Si，而夹杂相为富Fe相。由于以上两种第二相是在熔炼和均匀化时形成的，不受固溶处理

7、和时效的影响，所以在不同状态的合金中它们的密度及分布状态是相同的。6063铝合金属于时效强化合金。在合金的时效过程中，时效析出物为GP区一´相一相。在本文的试验条件下，合金在UA和PA状态下，时效析出相为GP区。在OA状态下，合金中的时效析出相为´相。合金的静态强度受析出相性质、大小及分布的影响。6063铝合金在峰值时效状态下疲劳抗力达到最大值。但是随着合金的静态强度的提高，其疲劳强度抗拉强度的比值是下降的。即合金的相对抗疲劳能力随着静强度的提高而下降。同疲劳性能变化趋势截然不同，在本文的研究范围内，合金的阻尼比是随着其静态强度的提高而下降的。通过调整合金的时效状态可以改变

8、其阻尼特性。 大量研究表明，时效强化合金在时效析出过程中，随着时效产物的不同，其强化效果不同，强化机理也不同。而时效析出相的性质、大小和分布还决定了合金在形变时与位错的交互作用方式。在UA和PA状态，位错会切过共格的CP区；而在OA状态，位错会绕过非共格的´相。位错切过导致应变集中，形成非均匀分布的滑移带。而位错绕过导致应变均匀化，形成比较均匀分布的位错缠结。位错同第二相的交互作用方式也影响合金的强度及形变强化程度。在时效强化铝合金中，合金一般在位错切过时效析出相时达到最高强度和硬度。但是，位错切过析出相会造成形变软化，使得后续位错继续在同一滑移带开动。所以，合金在此状态下强度较高，

9、但是形变强化效果较低。而位错绕过析出相会使后续位错运动受阻，后续位错继续运动需要提高应力，或在新的滑移带中进行，从而导致显著的形变强化。时效强化合金的形变均匀性对其疲劳性能也有比较显著的影响。提高合金的形变均匀性可以提高其疲劳裂纹萌生抗力，从而改善合金的疲劳性能。但是位错在疲劳过程中来回切过析出相也会降低裂纹前端的应力强度因子，从而提高合金的疲劳裂纹扩展抗力。合金的最终疲劳性能实际是二者综合作用的结果。 从本文的研究结果来看，合金的形变均匀性也影响其阻尼特性。在阻尼测试过程中，合金的微形变性能会影响合金的阻尼特性。当合金处于强度较低的UA和OA状态，合金具有较高的形变强化能力。而在PA状态，合金的强度较高但形变强化能力较低。在铝合金中，位错产生的内耗使材料的阻尼随位错密度的增高而增加。在