马严玮等：固溶时效工艺对6016铝合金力学性能的影响及多目标优化 ·79 表4优化的非劣解 Table 4 Optimal solutions selected from the Pareto solution set 序号 固溶温度/℃ 固溶时间/min 时效温度/℃ 时效时间/min 屈服强度/Pa 伸长率/% 维氏硬度，HV 1 460.00 2.00 100.00 10.00 64.86 23.21 47.67 2 543.76 44.85 180.00 100.00 239.53 12.16 91.18 3 564.60 2.10 179.73 99.87 259.09 11.79 89.23 4 539.19 43.39 180.00 99.99 235.29 12.25 90.81 5 460.00 3.47 122.99 99.89 140.22 16.47 58.71 6 554.41 3.79 179.99 99.37 249.28 11.96 89.75 7 460.00 2.79 100.00 22.74 64.42 22.41 47.85 8 580.00 2.00 178.84 99.99 274.01 11.60 87.15 9 547.91 59.73 179.75 99.99 243.64 12.11 92.45 10 490.56 3.65 179.97 99.70 190.14 13.23 78.40 维氏硬度≥90HV],由图6和表4可得到3组数据列 于表5. 表5选出的优化结果 Table5 Chosen optimization results 固溶温度/℃ 固溶时间/mim 时效温度/℃ 时效时间/min 屈服强度/MPa 伸长率/% 维氏硬度，HV 543.76 44.85 180.00 100.00 239.53 12.16 91.18 539.19 43.39 180.00 99.99 235.29 12.25 90.81 547.91 59.73 179.75 99.99 243.64 12.11 92.45 根据以上优化结果可知，经过固溶-时效处理的 4结论 6016铝合金板材要获得较好的力学性能，适宜选择在 540℃、50min条件下固溶处理，在180℃、100min条件 (1)不同的固溶-时效工艺条件对6016铝合金的 下时效处理. 力学性能有显著的影响.本文以固溶温度、固溶时间 表6为在优化的工艺参数下进行固溶-时效处理 和时效温度、时效时间作为设计变量，6016铝合金的 经过拉伸试验得到的力学性能参数与优化结果的对 屈服强度、伸长率和维氏硬度作为目标函数，通过De 比.从中可以看出实际测试结果与优化的结果较为接 sig知-Expert建立三个目标函数的响应面模型，利用 近，证明优化可靠 NSGA-Ⅱ算法达到优化的目的，从而为制定固溶-时 表6测试值与优化的性能参数对比 效工艺参数提供参考. Table 6 Comparison of experimental parameters with the optimized per- (2)通过建立6016铝合金屈服强度、伸长率和维 formance 氏硬度的响应面模型，分析可知在固溶时间31mi,时 力学性能 优化结果 测试结果 效时间65min的条件下，当固溶温度限定时，合金的屈 屈服强度/MPa 239.49 244.31 服强度随着时效温度的增大先增大后减小，时效温度 伸长率/% 12.17 12.87 限定时，合金的屈服强度随着固溶温度的增大逐渐增 维氏硬度，HV 91.48 89.30 大.随着固溶温度的增大与时效温度的增大合金的伸 长率逐渐减小.当时效温度限定时，合金的维氏硬度 工艺设计人员可以根据现实需求来选择非劣解 随着固溶温度的增大先增大后减小，当固溶温度限定 集，如果对屈服强度的要求较高，非劣解在目标函数 时，维氏硬度随着时效温度的增大先增大后减小 (x)的数值越大越好：如果对伸长率的要求较高，非劣 (3)通过NSGA-Ⅱ对6016铝合金的三个性能指 解在目标函数，(x)的数值越大越好；如果对维氏硬 标的响应面模型进行多目标优化后，获得使屈服强度 度要求较高，非劣解在目标函数6(x)的数值越大越 ≥230MPa,伸长率≥12%，维氏硬度≥90HV的非劣解 好.然后方可通过NSGA-Ⅱ求解得到相对应的固溶- 集，得到在540℃、50min条件下固溶处理和180℃、 时效工艺参数，从而为工艺参数的制定提供一定的 100min条件下时效处理时合金的综合性能较好.在 参考. 优化的工艺参数下固溶-时效处理的板材经过拉伸试马严玮等: 固溶时效工艺对 6016 铝合金力学性能的影响及多目标优化 表 4 优化的非劣解 Table 4 Optimal solutions selected from the Pareto solution set 序号 固溶温度/ 益 固溶时间/ min 时效温度/ 益 时效时间/ min 屈服强度/ MPa 伸长率/ % 维氏硬度,HV 1 460郾 00 2郾 00 100郾 00 10郾 00 64郾 86 23郾 21 47郾 67 2 543郾 76 44郾 85 180郾 00 100郾 00 239郾 53 12郾 16 91郾 18 3 564郾 60 2郾 10 179郾 73 99郾 87 259郾 09 11郾 79 89郾 23 4 539郾 19 43郾 39 180郾 00 99郾 99 235郾 29 12郾 25 90郾 81 5 460郾 00 3郾 47 122郾 99 99郾 89 140郾 22 16郾 47 58郾 71 6 554郾 41 3郾 79 179郾 99 99郾 37 249郾 28 11郾 96 89郾 75 7 460郾 00 2郾 79 100郾 00 22郾 74 64郾 42 22郾 41 47郾 85 8 580郾 00 2郾 00 178郾 84 99郾 99 274郾 01 11郾 60 87郾 15 9 547郾 91 59郾 73 179郾 75 99郾 99 243郾 64 12郾 11 92郾 45 10 490郾 56 3郾 65 179郾 97 99郾 70 190郾 14 13郾 23 78郾 40 维氏硬度逸90 HV [19] ,由图 6 和表 4 可得到 3 组数据列 于表 5. 表 5 选出的优化结果 Table 5 Chosen optimization results 固溶温度/ 益 固溶时间/ min 时效温度/ 益 时效时间/ min 屈服强度/ MPa 伸长率/ % 维氏硬度, HV 543郾 76 44郾 85 180郾 00 100郾 00 239郾 53 12郾 16 91郾 18 539郾 19 43郾 39 180郾 00 99郾 99 235郾 29 12郾 25 90郾 81 547郾 91 59郾 73 179郾 75 99郾 99 243郾 64 12郾 11 92郾 45 根据以上优化结果可知,经过固溶鄄鄄 时效处理的 6016 铝合金板材要获得较好的力学性能,适宜选择在 540 益 、50 min 条件下固溶处理,在 180 益 、100 min 条件 下时效处理. 表 6 为在优化的工艺参数下进行固溶鄄鄄时效处理 经过拉伸试验得到的力学性能参数与优化结果的对 比. 从中可以看出实际测试结果与优化的结果较为接 近,证明优化可靠. 表 6 测试值与优化的性能参数对比 Table 6 Comparison of experimental parameters with the optimized per鄄 formance 力学性能 优化结果 测试结果 屈服强度/ MPa 239郾 49 244郾 31 伸长率/ % 12郾 17 12郾 87 维氏硬度, HV 91郾 48 89郾 30 工艺设计人员可以根据现实需求来选择非劣解 集,如果对屈服强度的要求较高,非劣解在目标函数 f 1 (x)的数值越大越好;如果对伸长率的要求较高,非劣 解在目标函数 f 2 ( x) 的数值越大越好;如果对维氏硬 度要求较高,非劣解在目标函数 f 3 ( x) 的数值越大越 好. 然后方可通过 NSGA鄄鄄域求解得到相对应的固溶鄄鄄 时效工艺参数,从而为工艺参数的制定提供一定的 参考. 4 结论 (1)不同的固溶鄄鄄时效工艺条件对 6016 铝合金的 力学性能有显著的影响. 本文以固溶温度、固溶时间 和时效温度、时效时间作为设计变量,6016 铝合金的 屈服强度、伸长率和维氏硬度作为目标函数,通过 De鄄 sign鄄鄄 Expert 建立三个目标函数的响应面模型,利用 NSGA鄄鄄域算法达到优化的目的,从而为制定固溶鄄鄄 时 效工艺参数提供参考. (2)通过建立 6016 铝合金屈服强度、伸长率和维 氏硬度的响应面模型,分析可知在固溶时间 31 min,时 效时间 65 min 的条件下,当固溶温度限定时,合金的屈 服强度随着时效温度的增大先增大后减小,时效温度 限定时,合金的屈服强度随着固溶温度的增大逐渐增 大. 随着固溶温度的增大与时效温度的增大合金的伸 长率逐渐减小. 当时效温度限定时,合金的维氏硬度 随着固溶温度的增大先增大后减小,当固溶温度限定 时,维氏硬度随着时效温度的增大先增大后减小. (3)通过 NSGA鄄鄄 域对 6016 铝合金的三个性能指 标的响应面模型进行多目标优化后,获得使屈服强度 逸230 MPa,伸长率逸12% ,维氏硬度逸90 HV 的非劣解 集,得到在 540 益 、50 min 条件下固溶处理和 180 益 、 100 min 条件下时效处理时合金的综合性能较好. 在 优化的工艺参数下固溶鄄鄄时效处理的板材经过拉伸试 ·79·