热处理对SCR成形6201铝合金性能的影响.docx

热处理对 scr 成形 6201 铝合金性能的影响周天国 ,石路 ,曹富荣 ,李英龙 , 王顺成 ,温景林(东北大学材料与冶金学院 , 辽宁 沈阳110004)摘 要 : 研究了不同在线固溶温度条件下时效处理对 6201 铝合金线材的微观组织 、拉伸性能和导电性能的影响 。结果表明 :随着在线固溶温度的下降 ,针状强化相 (mg2 si) 在2al 中的弥散度增加 ,尺寸减小 ;同时合金的拉伸强度 ,伸长率则呈现上升趋势 ;过时效时 ,线材的强度呈现下降趋势 ,而线材的伸长 率和电阻则随着时效时间的延长而不断下降 。 519mm 线材的热 处 理 工 艺 为 : 520 在 线 固 溶 水 淬 ,150 时效 12h ,线材拉伸强度为 324mpa ,伸长率为 1013 % ,电阻率为 3216nm ,合金线材具有较佳的综合力学性能和导电性能 。关键词 : 6201 铝合金 ; 时效处理 ; 单辊剪切冷却 ( scr) 技术 ; 力学性能 ; 电阻率中图分类号 : tg335111 ; tg16613文献标识码 : a文章编号 : 100926264 (2005) 01200242046201 铝合金是一种用途广泛的电工材料 , 形变热处理后具有较高的综合力学性能和导电性能 ,被用 作高强度 、大跨度 、大容量架空铝合金绞线 (aaac) 中的时效工艺 ,以期对实际生产有一定的指导意义 。1111实验材料与方法实验材料实验以 scr 技术制备的 6201 铝合金 315mm ,断裂抗拉强度最小值 315mpa) 标准要求 ,分别 是 a 线材 ,b 线材 150 人工时效 12h ,c 线材人工时 效 10h , 12h 等的峰值强度 。分析 其 原 因 , 主 要 是 在 线固溶温度 (挤压出口温度) 及淬火冷却速度对 2al 晶粒的大小及其晶内位错的密度及高密度位错网络形成的亚结构的影响有关4 ,8 ,9 。图 2 为 a ,b ,c 三种合金线材的断裂伸长率与人 工时效时间的关系 ,从图 2 可以看出 ,合金线材的断 裂伸长率与其在线固溶温度 、人工时效温度的高低和 人工时效时间长短成反比 ,时效初期 ,合金线材的断 裂伸长率高 ,随着时效时间的延长 ,合金线材的断裂 伸长 率 不 断 下 降 , 当 时 效 时 间 达 到 12h 时 , a 线 材190 ,170 ,150 人工时效的最小断裂伸长率分别 为 :512 % ,7 % ,8 % ;b 线材 190 ,170 ,150 人工时 效的最小断裂伸长率分别为 :6 % ,715 % ,9 % ; c 线材190 ,170 ,150 人工时效的最小断裂伸长率分别为 :618 % ,817 % ,1013 % ,较好在地满足了架空绞线 标准 (jbt813421997 , jbt864021997) 对合金线材最小 断裂伸长率 (l ha1 型 :310 % ;l ha2 型 :315 %)的要求 。这与 scr 技术单辊剪切细化晶粒有关 。图 3 为 c 合金线材 520 在线固溶处理的 20 电阻率与时效时间的关系 。从图 3 可以看出 ,该合金 线材 190 人 工 时 效 10h , 12h , 14h 的 电 阻 率 分 别 为3217nm ,3119nm , 3116nm ; 170 人 工 时 效 12h ,14h 的电阻率分别为 3214nm , 3210nm ; 150 人工 时效 12h , 14h 的 电 阻 率 分 别 为 3216nm , 3214nm 。提高时效温度或延长时效时间有利于析出相的长大 和密度下降 ,减小对电子的散射作用 ,提高线材的导电性能 。solutionagingspecimensaging timehtemperature temperature1502468101214a540170246810121419024681012141502468101214b5301702468101214 190 2 4 6 8 10 12 14 1502468101214c520170246810121419024681012142 实验结果211力学性能与导电性能图 1 为 6201 铝合金线材断裂拉伸强度与时效时 间的关系 。从图 1 可以看出 ,合金线材的峰值断裂拉伸强度与在线固溶温度和人工时效温度的大小呈现相反的趋势 ,而时效过程中合金线材的断裂拉伸强度 与时效 时 间 呈 现 先 升 后 降 的 趋 势 。其 中 : a 线 材 在190 人工时效 8h 出现峰值强度 ( 302mpa) , 170 人工时效 10h 出现峰值强度 ( 310mpa) ,150 人工时效12h 出现峰值强度 ( 315mpa) ;b 线材在 190 人工时 效 8h 出现峰值强度 (305mpa) ,170 人工时效 10h 出现峰值强度 ( 314mpa) ,150 人工时效 12h 出现峰值强度 (318mpa) ;c 线材在 190 人工时效 8h 时出现峰 值强度 ( 308mpa) ,170 人工时效 10h 出现峰值强度( 318mpa ) , 150 人 工 时 效 12h 出 现 峰 值 强 度(324mpa) 。超过峰 值 时 效 时 间 后 , 继 续 延 长 时 效 时 间 ,合金线材的断裂拉伸强度则出现下降的趋势 。其强度指标 同 国 家 al2mg2si 合 金 圆 线 (jbt813421997 ,图 1 不同在线固溶温度水淬冷却的拉伸强度与时效时间的关系fig. 1 relationship between tensile strength and aging time at different on2line solvus temperatures (a) 540 ; ( b) 530 ; (c) 520 26材 料 热 处 理 学 报第 26 卷图 2 不同在线固溶温度水淬固溶的伸长率与时效时间的关系fig. 2 relationship between elongation and aging time at different on2line solvus temperatures(a) 540 ; ( b) 530 ; (c) 520 服阻力最大 ,线材强度出现峰值 ( 图 1) 。c 线材的峰值强度最大 ,a 线材峰值强度最小 ,与其微观组织 ( 图4a , b , c) 的相符 ; 当时效时间继续延长时 ,强化相(mg2 si) 粗化 ,密度下降 , 相间距变大 (图 4c ,d) ,位错212合金 t6 态组织合金线材时效处理的典型显微组织如图 4 所示 ,从 图 4 可以看出 ,合金的强化相 mg2 si 在铝基体中以针状相析出 ,并弥散分布于基体中 ,a 线材 150 14 h 时效强化相大小约 4nm 4nm 55nm (见图 4 (a) ) ,b 线材 150 14 h 时效强化相大小约 4nm 4nm 50nm (见 图 4 ( b) ) , c 线 材 150 14 h 时 效 强 化 相 大 小 约4nm 4nm 40nm (见图 4 (c) ) , c 线材 150 18h 时效强化相大小约 5nm 5nm 70nm ( 见图 4 ( d) ) 。强化 相在铝基 体 中 的 分 布 密 度 a 线 材 最 小 ,b 线 材 较大 ,c 线材最大 ,尺寸大小则相反 。这可能与在线固溶温度 (挤压出口温度) 对高温形变过程中晶粒的形 核和长大速度的影响有关8 10 。较低的挤压出口温度弱化了合金的高温再结晶速度 ,提高了亚结构的密 度 ,从而改变了析出相的尺寸大小与分布 ,所以出现 了挤压出口温度下降 ,合金时效析出相尺寸减小 ,密 度增加 ;时间 越 长 , 析 出 相 的 尺 寸 愈 大 , 密 度 则 减 小 (见图 5 (c) , ( d) ) 。9的运动以奥罗万绕过机制 为主 ,于是合金线材强度下降 ;另外 ,时效温度的升高 ,加速原子的扩散速度 , 使线材发生更好的回复 ,消除了晶体缺陷 ,使线材的 拉伸强度呈现下降趋势 ; 对于 a ,b , c 三种线材的断 裂伸长率较国标比较有大幅度提高 , 可能与 scr 技11术 ,单辊强烈剪切细化合金组织有关。图 3 c 合金线材 520 在线固溶的 20 电阻率与时效时间的关系fig. 3 relationship between electric resistivity at 20 and aging time for alloy c on2line solution treated wires3 讨论311 时效处理对合金力学性能的影响通过对 scr 技术制备 6201 铝合金过饱和固溶体 线材时效热处理性能变化的研究可知 ,时效时合金的主要强化相元素 mg 和 si 从铝基体中析出 ,在2al 基体中形成针状 mg2 si ,弥散分布于基体中 。对与位错运动产生钉扎和阻碍作用 。当时效时间较短时 ,强化 相 (mg2 si) 的尺寸较小 ,对位错的阻碍作用较小 ,随 着时效时间延长 ,强化相长大 ,对位错的阻碍作用 增大 ,当强化相尺寸长大到 4nm 4nm 50nm 和密 度达到 104 m3 8 时 ,位错以奥罗万切过机制运动克312时效处理对合金导电性能的影响随着时效温度的升高 ,时效时间的延长 ,在线固 溶温度的升高 ,电阻率呈现下降的趋势 ,主要是由于 时效温度的升高或时效时间的延长 ,导致了强化相的 进一步长大 ,密度下降 ,电子运动的自由程增大 ,从而 增加了导电率 ; 在线固溶温度的升高 ,粗化了铝组织 ,减少了晶界 ,同时降低了析出相的密度 ,析出相和 晶界对电子的阻碍作用减小 ,因此 ,导电性能提高 。第 1 期周天国等 :热处理对 scr 成形 6201 铝合金性能的影响27图 4 150 人工时效线材2al 基体内强化相针状 mg2 si 的 tem 形貌fig. 4 tem images showing the morphology of precipitated acicular phase mg2 si in2al matrix for wires artificially aged at 150 for different time(a) a wire aged for 14h ; ( b) b wire aged for 14h ; (c) c wire aged for 14h ; ( d) c wire aged for 18h拉伸强度 324mpa 、伸长率 1013 %和电阻率3216nm ,线材具有最好的综合导电性能 。(2 ) 合 适 的 过 时 效 可 提 高 线 材 的 导 电 性 能 ,190 人工时效 14h 的电阻率为 3116nm ; 170 人工 时效 14h 的电阻率为 3210nm ;150 人工时效 14h 的 电阻率为 010324nm 。(3) scr 技术制备 6201 合金线材析出强化相尺 寸大小与在线固溶温度成正比 ,而密度则与在线固溶温度成反比 。总之 ,对于导电线材而言 ,强度和导电性能是一对矛盾 ,强度的升高必然与损失导电率为代价 ,反之 亦然 ,所以在架空导线的实际需求中 ,必须解决强度和导电率的协调平衡问题 ,严格控制生产工艺和热处 理工艺 ,以获取最佳强度和 导 电 性 能 配 比 的 合 金 线 材 。4 结论(1) 6201 铝合金 520 在线固溶 、150 时效 12h ,参考文献123456史志远 ,温景林 ,白光润. 架空导线 (overhead line) 的发展j . 轻合金加工技术 , 1996 , 24 (8) : 58 .张愈祖 ,张 辉 ,彭大暑 ,等. 6201 铝合金热连轧的实验模拟j . 中国有色金属学报 , 2000 , 10 (4) :525528 .周天国 ,温景林 ,王顺成. 6201 电工铝合金线材连续铸挤工艺研究j . 轻合金加工技术 ,2004 ,32 (5) : 911 .管仁国 ,陈彦博 ,温景林. 单辊剪切冷却工艺对 l y11 半固态合金组织的影响j . 中国有色金属学报 ,2001 ,11 ( s1) :58 .cavazos j l , cols r. precipitation in a heat2treatable aluminum alloy cooled at different rate ratesj . materials characterization ,2001 , 47 :175 179 . siddiqui r a , abdullah h a , belushi k r. influence of aging parameters on the mechanical properties of 6063 aluminum alloyj . journal of materialsprocessing technology , 2000 , 102 :234240 .王祝堂 ,田荣璋. 铝合金及其加工手册m. 长沙 :中南工业大学出版社 ,1989 .管仁国 ,温景林 ,刘相华. scr 过程中浇注温度对 a2017 半固态合金组织的影响j . 轻合金加工技术 ,2002 ,30 (6) : 4144 .波特 da ,伊斯特林 ke. 金属和合金中的相变m. 李长海 ,余永宁译 ,北京 :冶金工业出版 ,1988 : 267318 .andersen s j , zandbergen h w , jansen j , et al . the crystal structure of ”phase in al2mg2si alloysj . acta mater , 1998 , 46 (9) : 32833298 .管仁国 ,温景林 ,陈彦博. scr 技术制备 2a11 半固态合金的研究j . 轻金属 ,2001 ,11 : 5457 .7891011材 料 热 处 理 学 报第 26 卷composites increase with the increasing of deformation strain and ironcontent . the tensile strength and electrical conductivity are improved by annealing at 150 for 2 h and at 300 for 2 h.key words : deformation2processed cu2fe in situ composites ; zr ;mg ;resistivity ; strengtheffect of heat treatment on microstructure , tensile strength andintergranular corrosion of 2519 aluminum alloyl i hui2zhong , zhang xin2ming , chen ming2an , zhou zhuo2ping ( school of materials science and engineering , central south university , changsha 410083 , china)trans mater heat treat , 2005 ,26(1) :2023 ,figs 4 ,tabs 2 ,refs 13.abstract: the effect of heat treatment on the microstructure , tensile strength and intergranular corrosion of 2519 aluminum alloy was investigated by means of tensile test ,microhardness test , transmission electron microscope ( tem) and scanning electron microscope ( sem) . the results show that the hardening effect of the first stage is decreased , the hardness and tesile strength are significantly improved , the time of peak aged is aheaded and the ductility is decreased in t8condition aged at 180 for comparison to that of t6 condition , t8treatment promotes a more homogeneous distribution of the fined and dispersedphase and reduces the number of() phase on grainboundaries which distributed in a more discrete manner and thus shrinks the total volume of precipitation2free zones at grain boundaries . it also improve intergranular corrosion resistance of alloy inthe peak aged condition.respectively.key words : 6201 aluminum alloy ; aging treatment ; shearingcoolingroll technology( scr) ;mechanical property ; resistivityeffects of hot extrusion on da mping ca pacity of spray depositedza2724 %si alloywang jin2cheng1 , zhang zhong2ming1 ,2 , xu chun2jie2 , guo xue2feng2 , yang gen2cang1 ( 1. state key laboratory of solidification processing , northwestern polytechnical university , xi an 710072 , china ;2. school of materials science & engineering , xian university of technology , xian 710048 , china)trans mater heat treat , 2005 ,26 (1) :2831 ,figs 4 ,tabs 3 ,refs 8.abstract : za27 alloy doped with 4 % si ( named za2724 % si ) was prepared by spray deposition technique , and then the alloy was hotextruded at 250 . the damping behaviors of the alloy un2extrudedand un2extruded were investigated using a multifunction internal friction apparatus. the experimental results show that the damping capacities of the alloy increase with decrease of vibrate frequency and increase of temperature , whereas vibration amplitude has no effect on the damping capacities of the alloy. hot extrusion could improve damping capacity of the spray deposited za2724 % si alloy above50 . for example , the damping capacity of the extruded spraydeposited za2724 %si alloy is 5. 07 10 - 2 at 1hz and 105 , which is higher 20 % than that of the alloy un2extruded. the dampingbehaviors of the alloy can be explained with interface damping and dislocation damping mechanism.key words : za27 alloy ; spray deposition ; hot extrusion ; damping capacitystudy on microstructures of ra pidly solidif ied az91d magnesium alloyhuang zheng2hua , guo xue2feng , zhang zhong2ming ( school ofmaterials science and engineering , xian university of technology , xian 710048 , china)trans mater heat treat , 2005 ,26(1) :3235 ,figs 6 ,tabs 1 ,refs 14.abstract : microstructures of conventionally solidified and rapidly solidified az91d magnesium alloy were observed by optical microscope (om) and transmission electron microscope ( tem) . meanwhile , the phases of the alloy were analyzed by x2ray diffraction ( xrd) . the results show that the microstructure of conventionally solidified az91dalloy is composed of2mg matrix and2mg17 al12 phase and the grainsare coarse . different microstructures are observed on the cross section of rapidly solidified az91d alloy , which are coarse equiaxed grain region closed to the copper roll side , fine equiaxed grain region in the free surface layer and columnar grain region between the both ,and allthe microstructures are supersaturated2mg solid solution with higherdislocation density.key words : az91d magnesium alloy ; rapid solidification ;microstructurekey words : heat2treatment ; 2519aluminum alloy ; microstructure ;intergranular corrosion ; mechanical propertyeffects of aging treatment on the properties of 6201 alloy wiresformed by scr technologyzhou tian2guo , shi lu ,