变形热处理对6082铝合金组织性能影响的研究

第33卷第2期102011年3月上海金属SHANGHAIMETALSVO133，NO2MARCH，2011变形热处理对6082铝合金组织性能影响的研究王飞张恒华龙伟上海大学材料科学与工程学院，上海200072【摘要】对6082铝合金施以不同的压缩变形量，并进行530OC固溶1H及175时效7H的热处理，再用光学和力学性能测试设备对6082铝合金形变及热处理后的组织和力学性能进行了研究。实验结果表明，形变热处理可以有效地提高6082铝合金的力学性能并在一定程度上改善组织。变形量为30时，材料的抗拉强度达到最大值。【关键词】6082铝合金形变热处理组织EFFECTSOFDEFORMATIONONTHEMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOF6082ALUMINUMALLOYWANGFEIZHANGHENGHUALONGWEISCHOOLOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING，SHANGHAIUNIVERSITY【ABSTRACT】THE6082ALUMINUMALLOYWASCOMPRESSEDWITHDIFFERENTCOMPRESSIONDEFORMATIONRATE，SOLUTIONTREATEDAT530FOR1H，ANDAGEDAT175FOR7HTHEMETALLURGICALMICROSCOPEANDMECHANICALTESTINGMACHINEWASUSEDTOSTUDYTHEMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOF6082ALUMINUMALLOYAFTERTHETHERMOMECHANICALTREATMENTITWASSHOWEDTHATTHETHERMOMECHANICALTREATMENTCOULDENHANCETHEMECHANICALPROPERTIESANDIMPROVETHEMICROSTRUCTUREOFTHE6082ALUMINUMALLOYTHETENSILESTRENGTHOF6082ALUMINUMALLOYREACHEDTHEMAXIMUMWHENTHEDEFORMATIONRATEWAS30【KEYWORDS】6082ALUMINUMALLOY，DEFORMATION，HEATTREATMENT，STRUCTURE6082铝合金属于A1一MGSI系，是一种可热处理强化的变形铝合金，具有良好的可成形性，耐腐蚀性好，强度中等。人们常采用热处理的方式提高材料的性能指标，但材料经热处理后，其抗应力腐蚀和抗剥落性能并不理想。形变热处理是将形变强化与热处理强化相结合，使成形工艺与获得最终性能统一起来的一种综合方法4。高曙等人认为，时效强化塑性较好但强化效果较差，形变强化的强化效果好但塑性较差。形变热处理可增加位错密度，降低时效析出相的尺寸，从而显著提高铝合金的强度。王建华等人认为冷变形可以使显微组织不均匀，增加位错密度，时效处理时在位错线上析出大量细小的强化相，而这些细小的强化相又阻碍位错线的运动，从而显著提高合金的强度。何立子认为时效强化可使质点在基体中分布均匀以改善形变所导致的组织不均匀性。目前，铝合金轮毂更多的用于卡车，对轮毂的力学性能提出了更高的要求，生产方式逐渐由A356压铸成型向6061锻压成型转变，可是现今对于锻压工艺改善力学性能的研究还比较少，设计本试验以模拟铝合金轮毂锻压的制备方法，进行先形变再时效处理的强化工艺，以了解锻压工艺的优势。1实验材料及方法11实验材料实验采用6082变形铝合金铸棒，加工试样形作者简介王飞，男，主要从事铝合金形变热处理强化的研究，电话02156336205，EMAI1WF0510406163CORNL2上海金属第33卷强度开始迅速下降，这可能是如图3所示热变形20时产生抗拉强度下降的原因。由图3所示的延伸率的曲线变化可以看出，随着变形量从0到20变化过程中，冷变形的延伸率逐渐下降，这与其抗拉强度的变化趋势刚好对应，而当变形量从20到30变化时，延伸率突然呈较大幅度上升趋势，这是因为当变形量达到30时，发生再结晶，晶粒得到细化，从而产生细晶强化效果，致使延伸率也异常增大。热变形过程中，变形量从0到5变化时，延伸率下降较快，而在变形量从15到20变化时，延伸率稍有上升趋势，到30时又呈下降趋势，这与热变形抗拉强度的变化相对应。总的来说，在较大程度变形后，延伸率的降低程度比较小，说明时效过程中析出的硬质点强化相是比较细小和弥散的，这析出相的细小弥散程度会削弱其本身硬而脆所引起的延伸率的下降，这对6082铝合金在一定程度上保留塑性来提高强度的问题上有一定的指导作用。22变形对6082铝合金硬度的影响据图4所示冷热变形的硬度值随变形量的增大而变化关系可见，在变形的初始阶段，冷热变形的硬度均随着变形量的增加而大幅增加，这是由于变形产生的位错强化效应对硬度的提高起主要作用，并且相对未变形的材料来说，变形初始阶段材料内部产生大量的位错，在随后时效处理时，会在位错上析出大量细小弥散的强化相，从而致使硬度值大幅度提高。随着变形量的继续增大，试样组织会伴随着动态回复导致的软化，所以冷变形的硬度值基本分布在一个稳定值上下小幅度波动，而发生热变形的材料的硬度值明显下降，然后又有上升趋势。趔152O3O变形量，图4变形对6082铝合金硬度的影响FIG4INFLUENCEOFDEFORMATIONONTHEHARDNESSOF6082ALLOY产生上述现象的原因可能是由于冷变形过程中位错强化对硬度提高起到主要作用，而热变形时，既有加工硬化，又有动态回复软化，加工硬化大于动态回复软化时表现为强度和硬度上升，加工硬化小于动态回复软化时表现为强度和硬度下降，这有可能是随后热变形时硬度有下降的原因。又由于热变形是塑性变形和热处理同时作用于合金的工艺，通过形变强化和相变强化，将两者有机地结合起来，利用材料在形变过程中组织织构的改变，影响相变过程和相变产物，通过这样的方式从而导致6082铝合金在热变形后硬度又有所提升。23显微组织与变形程度231冷变形金相组织图5是6082铝合金在不同变形量下的冷变形组织，可见，随冷变形量的提高，晶粒拉长的趋势越来越明显，并且当变形量达到30的时候，发生再结晶，晶粒整体上显得较前几种变形更为细小。图56082铝合金冷变形组织金相照片FIG5OPTICALMICROGRAPH。FMICROSTRUCTUREOF6082ALL。YUNDERDIFFERENTCOOLDEFORMATIONCOMPRESSION第2期王飞等变形热处理对6082铝合金组织性能影响的研究13232热变形金相组织6082铝合金热变形的组织变化，与冷变形趋势相似见图6。晶粒在横向上变得扁长，随着变形量的增大，晶粒更为细小均匀。而当变形量为20时，组织中出现如图6D右上角所示的大晶粒，这可能是导致热变形20的抗拉强度有所下降的原因。由此可见，随着变形量的增大，晶粒被拉长的程度越来越明显。当变形程度较小时，冷变形和热变形导致的晶粒变化情况基本一致，而当变形程度较大时，冷变形的组织相对变得较为扁长和细小。图66082铝合金热变形组织金相照片FIG6OPTICALMICROGRAPHOFMICROSTRUCTUREOF6082ALLOYUNDERDIFFERENTHOTDEFORMATIONCOMPRESSION3结论1形变热处理可以有效地提高6082变形铝合金的力学性能，并在一定程度上改善组织。2该合金经热变形后，其抗拉强度和硬度在小变形量时均高于经冷变形后的值。当变形量达到30时，冷热变形的抗拉强度均达最大值333MPA。3该合金无论是经过热变形还是冷变形，其强度均随变形量的增大而增大；延伸率随着变形量增大呈先减小后增大的趋势，当变形量达到30时，冷变形试样延伸率达最大值133，而热变形试样延伸率却再次减小。4变形后，合金组织较变形前变得更为均匀，晶粒变得比较细小。尤其是冷变形量为30时，合金的组织变得最为细小，这也与其延伸率的增大相一致。参考文献1李雪松，陈军，张鸿冰6082铝合金热变形的本构模型J中国有色金属学报，2008，L810176917742许珞萍，邵光杰，李麟，等汽车轻量化用金属材料及其发展动态J上海金属，2002，243L_33林启权，张辉形变热处理对2519铝合金性能的影响J矿冶工程，2004，24192994田荣璋，王祝堂铝合金及其加工手册M长沙中南大学出版社，20001031045高曙，许明华，蒋为吉铝合金形变热处理的电镜组织分析J宇航材料工艺，1995，444516余琨，李松瑞含SC和ZR的2618铝合金冷轧板材退火时组织性能的变化J金属热处理，1999，11147SINGHS，GOELDBINFLUENCEOFTHERMOMECHANICALAGINGONTENSILE