QP2相为主强化相的Al-Mg-Si-Cu合金析出演变原子尺度定量表征及强化机制

Al-Mg-Si-(Cu) aluminum alloy is the key material of lightweight car body. It has a significant meaning for improving the properties of existing Al-Mg-Si-(Cu) aluminum alloy and developing new alloys. The precipitation of this type of alloy with β″ as main strengthening phase is affected by many factors. Up to now, the alloy still exists the balance problem for obtaining good formability and bake hardening at the same time. Our recent work has proved that the QP2 phase has even better strengthening capability and thermal stability, but the precipitation and evolution and strengthening mechanism by QP2 is still unclear. In this proposal, we design the Al-Mg-Si-Cu alloy with a disordered QP2 phase as main strengthening phase, and by means of atomic resolution HAADF-STEM, in-situ TEM, 3DAP etc. and simulation method, carry out the following researches: (1) the effect of the alloy composition on the precipitation strengthening in order to find out the optimum Mg/Si ratio and Cu content for forming QP2 phase; (2) the formation and evolution mechanisms of the clusters, the precipitation in the alloy aging process; (3) the formation mechanism and strengthening mechanism of the disordered QP2 phase, establishing the control principle for QP2 phase as main strengthening phase. The research is expected to develop a new Al-Mg-Si-Cu model alloy mainly strengthened by QP2 phase, with improved bake hardenability and thermal stability, and also to provide new ideas and technical basis for development of the independent designed aluminum alloy sheet for car body application.

Al-Mg-Si-(Cu)铝合金是汽车轻量化的关键材料，提升现有合金性能和开发新合金对国产汽车轻量化意义重大。该类合金析出影响因素多、析出序列复杂，以β″为主强化相，存在成形性和烘烤硬化性难以兼顾的问题。前期工作证实QP2具有更好的强化能力及稳定性，但析出演变及强化机制尚不清楚。本项目设计以无序结构QP2相为主强化相的Al-Mg-Si-Cu合金，采用原子分辨率的HAADF-STEM、in-situ TEM、3DAP等和模拟计算方法开展以下研究：（1）合金成分对析出强化的影响规律，探明形成QP2相的最佳Mg/Si比和Cu含量；（2）时效过程中的原子团簇、各个析出相的形成和演变机制；（3）QP2相的形成机理和强化机制，建立QP2主强化相调控原则。获得以QP2相为主强化相的新型合金模型，提高合金的烘烤硬化性和热稳定性，为开发汽车用自主新型铝合金板材的设计提供新的思路和技术基础。

Al-Mg-Si-(Cu)铝合金是汽车轻量化的关键材料，提升现有合金性能和开发新合金对国产汽车轻量化意义重大。该类合金析出影响因素多、析出序列复杂，以β″为主强化相，存在成形性和烘烤硬化性难以兼顾的问题。QP2具有更好的强化能力及稳定性，但析出演变及强化机制尚不清楚。.本项目按照计划任务，开展如下研究：.1)本项目首先在已有的文献调研和研究基础上设计出六种过剩镁高铜铝合金，通过熔炼轧制等一系列制备工艺最终得到1mm厚的冷轧板材。通过合金在不同时效条件下的硬度和强度，研究不同Mg/Si比和Cu含量合金在自然时效和人工时效下的硬度演变和力学性能，完成了合金成分和性能关系的探讨；.2)通过TEM、3DAP等表征手段对合金不同时效阶段下析出相的定量统计分析，获得不同成分合金中的时效强化相的演变规律及对性能的影响，发现板条状和不规则形貌的QP2相在设计合金中取代针状β″相成为最主要强化相；.3)作为项目研究的拓展和延伸，为进一步改善汽车板材的综合力学性能，引入预时效处理工艺，最终获得的铝合金具优异综合性能和应用潜能：T4P态有较低的强度，且烘烤硬化之后有较高的强度； 通过快速腐蚀和电化学腐蚀实验，探讨了成分对合金耐腐蚀性的影响，通过三点弯曲实验，研究了成分对合金翻边成形性能的影响。最终发现Mg/Si比和Cu含量对合金耐蚀性和弯曲性能的影响并不一致，为后期不同服役条件下的合金成分设计提供参考依据；研究过剩镁高铜合金的热稳定性，证实QP2相可以有效改善合金耐热性，且高镁合金（Mg/Si=3.0）中出现的GPB区可以进一步抑制析出相长大，提高合金热稳定性。.通过项目实施，发表SCI论文13篇；项目负责人作为具体负责人参加国内外会议并作邀请报告10余次。培养博士研究生5名，硕士研究生2名。