Al-Mg-Si合金板材具有密度低、耐蝕性好以及可回收性等優點，廣泛應用于新能源汽車的車身板材料。但是，與鋼相比，鋁合金的成形性相對較差，尤其是在180°翻邊成形過程中容易出現開裂。影響Al-Mg-Si合金的彎曲性能因素有：1）織構；2）含Fe相的形貌、尺寸和數量；3）再結晶晶粒尺寸；4）晶界析出相。板材的再結晶織構、析出相、晶粒尺寸與合金成分以及熱加工工藝密切相關。目前，關于Al-Mg-Si合金板材的彎曲性能研究的不多，尤其是合金成分以及熱加工工藝對翻邊性能的影響。

重慶大學、中鋁科學院和加拿大英屬哥倫比亞大學等單位的研究人員設計了四組不同Mg/Si比的Al-Mg-Si合金，探討了Mg和Si元素含量對合金板材微觀組織、織構和彎曲性能的影響，通過SEM、TEM、EBSD和XRD等手段分析了鑄態、均勻化處理、熱軋和冷軋以及固溶處理后合金中析出相、織構的演變。通過VPSC模擬了Al-Mg-Si合金板材的應力應變行為以及塑性應變比r值，討論了板材在180°彎曲過程中的斷裂機理。相關論文以題為“The effect of Mg and Si content on the microstructure, texture and bendability of Al-Mg-Si alloys”發表在Materials Science & Engineering A。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141199

作者首先利用ThermoCalc軟件計算了四組不同成分合金的平衡態析出相，通過SEM+EDS驗證了Al-Mg-Si合金在鑄態下含有5中析出相：Al5Cu2Mg8Si6相 (Q相)、Mg2Si(β相)、α-Al(FeMn)Si相、β-AlFeSi相、Si相。

圖1合金的背散射SEM圖以及元素面掃描分布圖

Al-Mg-Si合金鑄錠經過一系列的熱機械加工（均勻化處理、熱軋、冷軋），最終制備成1mm厚的板材。冷軋態的Al-Mg-Si合金板材由微米尺寸級的含Fe相和Mg2Si相（圖2）、納米尺寸級的彌散相（圖3）組成，這些析出相會影響下一步固溶處理的再結晶行為。

經過固溶處理后，Al-Mg-Si合金板材出現了明顯的再結晶行為，如圖4所示，通過左下角的極圖可以看出，織構的主要類型為Cube。通過XRD進一步分析織構種類的含量，如圖5所示，織構主要由Cube、Goss、Cube-ND、Cube-RD和P組成，通過統計發現，約超過60%的晶粒是隨機取向，證明再結晶是有PSN機制主導。文中通過計算進一步分析了不同合金織構密度差異的原因。

通過VPSC模擬計算了四組合金板材在T4P態下的應力應變行為，以及r值。對比結果顯示，模擬數據與實驗數據可以很好地吻合。文中還得出了適用于Al-Mg-Si合金板材的模擬參數。

在180°彎曲過程中，板材的外表面經受了劇烈的塑性變形，塑性變形一般都超過60 %。在傳統的單向拉伸試驗中，由于有necking現象的出現，測試得到的延伸率一般都在30%以下。作者通過對斷裂面的觀測計算，得到了材料的實際斷裂應變，如圖7所示。此外，作者采用Datsko and Yang模型，建立了斷裂應變與翻邊因子（r/t比）的關系。

通過SEM觀察Al-Mg-Si合金板材經過180°彎曲后的ND × RD面和TD × RD面，可以看出在彎曲過程中，橫截面出現了明顯的45°剪切帶，隨后斷裂沿著剪切帶的方向，由外層至內層擴展。局部放大圖可以看出，在白色含Fe相的附近，出現了微裂紋的起源。裂紋的擴展路徑：一種類型是沿著剪切帶擴展；另一種是沿著顆粒附近微裂紋的合并成長。從彎曲的斷面可以看出明顯的韌窩，證明Al-Mg-Si合金板材在T4P態下的斷裂類型為穿晶斷裂，這與之前部分論文報道的沿晶斷裂結果不符。作者推測，在本論文中，由于淬火過程中冷卻速度較快，來不及形成晶界析出相，所有最終的斷裂類型為塑性的穿晶斷裂。

總結：本研究系統地探討了不同Mg和Si含量Al-Mg-Si合金板材的微觀組織和彎曲性能，分析了合金在熱加工過程中微觀組織的演變，討論了合金板材在彎曲過程中的塑性變形、裂紋的起源與擴散。本文為設計高性能的汽車用Al-Mg-Si合金板材提供了理論基礎。