徐 寧，王 爽，潘 巖，馮小東，張富亮

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

6082合金屬于Al-Mg-Si系可熱處理強化鋁合金，具有中等強度、良好的焊接性能、耐腐蝕性以及較好的加工特性和淬透性，被廣泛應(yīng)用于交通運輸和結(jié)構(gòu)工程[1-3]。本文對6082鋁合金棒材在不同淬火方式及冷卻速度等變量下進行試驗，通過對所選試樣的硬度、力學(xué)性能、電導(dǎo)率及斷口組織進行測試分析，從而進一步量化鋁合金不同淬火條件下的力學(xué)性能、硬度等因素的變化規(guī)律，為前期項目開發(fā)以及后期工藝整改提供技術(shù)儲備。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

試驗原材料選用我公司生產(chǎn)的6082鋁合金鑄錠，采用半連續(xù)鑄造方法生產(chǎn)，鑄造過程中采用泡沫陶瓷過濾、Al-Ti-B絲細化晶粒，在線除氣處理等技術(shù)，控制鑄錠質(zhì)量。試驗所選6082棒材通過31.5MN油壓雙動臥式鋁擠壓機進行擠壓。其合金化學(xué)成分見表1。

表1 合金化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)

1.2 試驗方法

將6082棒材分為四組加熱到550℃保溫30min以后快速轉(zhuǎn)移，分別進行水冷、噴淋、風(fēng)冷和空冷四種方式冷卻到室溫。通過統(tǒng)計冷卻到室溫時間計算冷卻速率，之后進行175℃×8h時效處理。

將時效后的棒材沿擠壓方向切取200mm長拉伸樣，在日本島津AG-X100型電子萬能試驗機上進行室溫力學(xué)性能測試，拉伸試樣如圖1所示。使用蔡司AX10型光學(xué)顯微鏡對擠壓型材的樣品進行顯微組織觀察，SMP-10渦流電導(dǎo)儀對其進行電導(dǎo)率測試，HBS-62.5型數(shù)顯小負荷布氏硬度計進行布氏硬度測試，掃描電子顯微鏡對其拉伸斷口進行掃描測試。

圖1 拉伸試樣Fig. 1 Tensile Specimen

2 結(jié)果分析

2.1 力學(xué)性能

不同冷卻速率條件下6082棒材的力學(xué)性能和延伸率如表2所示。隨著冷卻速率由穿水(10℃/s～11℃/s)向空冷(0.07℃/s)變化，抗拉強度逐漸降低，延伸率呈遞增趨勢。6082合金中含有Mn元素，促進晶內(nèi)金屬間化合物形成，對淬火性能有不利影響，導(dǎo)致6082合金淬火敏感性增加。6082合金過飽和固溶體快速冷卻過程中，合金基體中形成空位濃度較高的晶體，由于大量空位的存在，提高了合金溶質(zhì)原子的遷移速率，使溶質(zhì)原子形成偏聚，這些偏聚區(qū)成為GP區(qū)。GP區(qū)的大小和數(shù)量直接影響著時效之后型材的強度。淬火冷卻速率越大，晶體內(nèi)所形成的空位就越多，促使了GP區(qū)的形成速率和數(shù)量增大，尺寸減小。在隨后的時效過程中GP區(qū)開始長大形成過渡相，過渡相與母相保持共格關(guān)系，有效阻礙了合金晶體的變形，所以大大提高了合金的強度。淬火方式由空冷向穿水變化，淬火冷卻速率逐漸增大，GP區(qū)數(shù)量增多對時效后型材的力學(xué)性能有較大影響，力學(xué)性能呈增大趨勢。

表2 不同冷卻速率條件下6082合金棒材力學(xué)性能及延伸率

2.2 硬度及電導(dǎo)率

不同冷卻速率條件下6082合金棒材的布氏硬度及電導(dǎo)率見表3。隨著冷卻速率由穿水(10℃/s～11℃/s)向空冷(0.07℃/s)變化，布氏硬度逐漸降低，這與強度變化趨勢相符合。電導(dǎo)率呈逐漸上升趨勢。淬火方式從風(fēng)冷向穿水轉(zhuǎn)變，冷卻速率逐漸增大。在淬火冷卻過程中，冷卻速率快，過飽和固溶體濃度越高，在后續(xù)時效過程中時效析出動力越大，析出的時效沉淀相尺寸小，密度大，形成的應(yīng)力場疊加效應(yīng)明顯，基體畸變程度大。而冷卻速率低的制品在冷卻過程中，過飽和固溶體發(fā)生分解，過飽和固溶體濃度降低，后續(xù)時效過程中時效析出動力小，沉淀析出相尺寸較大，密度小，形成的應(yīng)力場少，疊加效應(yīng)減弱，基體畸變程度小。冷卻速率快的情況下基體畸變程度相應(yīng)較大， 基體點陣中電子散射源的數(shù)量和密度增加，導(dǎo)電電子的平均自由程減小，使電子受散射的幾率增大，合金電導(dǎo)率降低[4-6]。

表3 不同冷卻速率條件下6082合金棒材布氏硬度及電導(dǎo)率

2.3 顯微組織影響

不同冷卻速率下的顯微組織如圖2所示。

圖2 不同冷卻速率條件下棒材的顯微組織Fig.2 Microstructure of bars at different cooling rates

淬火方式由穿水向風(fēng)冷轉(zhuǎn)變，強化相所占比例(相占比)呈現(xiàn)由高向低轉(zhuǎn)變趨勢。水冷淬火條件可以保證型材時效前的固溶效果，避免了淬火過程中β′相的非均勻析出，促進細小彌散強化相的均勻析出，并提高型材強度性能。風(fēng)淬及空冷的低速冷卻條件下，型材溫度已大幅下降，強化相提前析出并長大使析出相粗大且分布不均，從而導(dǎo)致性能降低。圖2中水冷淬火冷卻速度較快，大量的細小強化相均勻析出，空冷淬火條件下強化析出形狀較小且分布不均，大大降低了隨后的時效強化效果。

2.4 斷口組織影響

選取6082合金棒材水冷和空冷兩種淬火方式進行顯微斷口觀察，斷口掃描組織結(jié)果如圖3所示。圖中6082合金棒材斷口斷裂類型為韌窩-微孔聚集型斷裂，在韌窩底部可以看到析出相的顆粒。韌窩的深淺、大小和數(shù)量取決于材料斷裂時第二相的粒子、大小和數(shù)量。水冷淬火方式下韌窩數(shù)量較多，韌窩細小且分布均勻，深度較深?？绽浯慊鸱绞较马g窩數(shù)量較少，韌窩深度較淺。水冷淬火方式下韌性較好。

圖3 6082合金不同淬火方式下的斷口組織Fig.3 Fracture structure of 6082 alloy under different quenching methods

3 結(jié)論

(1)隨著冷卻速率降低，力學(xué)性能逐漸降低，延伸率與其呈相反趨勢。6082合金冷卻速率達到3.5℃/s以上，力學(xué)性能達到合格標(biāo)準(zhǔn)。

(2)冷卻速率快的情況下基體畸變程度較大，基體點陣中電子散射源的數(shù)量和密度增加，導(dǎo)電電子的平均自由程減小，使電子受散射的幾率增大，合金電導(dǎo)率降低。

(3)水冷條件下促進細小彌散強化相均勻析出保證型材時效前的固溶效果，并提高型材強度性能。