王 操，王麗萍，屈玉石，苗承義，張 瀟

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽111003）

0 前言

作為Al-Mg-Si 系熱處理可強(qiáng)化變形鋁合金，6082鋁合金被廣泛應(yīng)用于汽車、建筑等領(lǐng)域[1]。鋁合金在制備和成形過程中，往往需要經(jīng)歷熱處理和澆注、凝固、冷卻等工藝過程，研究其熱處理過程中固、液轉(zhuǎn)變及相變溫度對合金部件的最終組織控制乃至最終性能的影響至關(guān)重要[2]。差示掃描量熱分析（DSC）是金屬凝固過程研究中應(yīng)用最廣泛的手段，可以研究材料熱處理和澆注、凝固、冷卻等工藝過程中組織能量變化，為凝固行為和相變研究提供重要依據(jù)[3-5]。

目前，關(guān)于差示掃描量熱分析手段應(yīng)用于高溫合金的研究較多，而其在鋁合金型材方面的應(yīng)用研究卻鮮有報(bào)道。因此，本文針對攪拌摩擦焊6082鋁合金，通過對其母材部位不同升溫速率以及相同升溫速率不同合金部位進(jìn)行研究，采用DSC分析法總結(jié)攪拌摩擦焊6082鋁合金的相變規(guī)律。

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)材料為6082 鋁合金攪拌摩擦焊型材，熱處理狀態(tài)為T6，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 6082鋁合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

T6時效處理后，對6082鋁合金不同部位進(jìn)行取樣，取樣部位如圖1所示。不同升溫速率對比試樣取自型材母材區(qū)相同5 個部位，分別對應(yīng)5 ℃/min、10 ℃/min、15 ℃/min、20 ℃/min、25 ℃/min 升溫速率，編號分別為A1、A2、A3、A4、A5。不同部位DSC曲線對比試驗(yàn)取樣部位分別為熱影響區(qū)、前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)、焊核、回轉(zhuǎn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)，編號分別為B、C、D、E。

圖1 取樣部位分布

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同升溫速率對鋁合金DSC曲線的影響

圖2 為6082 鋁合金攪拌摩擦焊型材分別以5 ℃/min、 10 ℃/min、 15 ℃/min、 20 ℃/min、25 ℃/min 的升溫速率進(jìn)行DSC試驗(yàn)后經(jīng)Origin軟件整理得出的不同升溫速率DSC測定曲線。從圖2中可以看出，不同升溫速率DSC 曲線形狀基本一致，隨著升溫速率的增加，合金相變功率增加。升溫速率為10 ℃/min、15 ℃/min、20 ℃/min、25 ℃/min時低溫結(jié)晶峰向高溫方向偏移；合金固相線溫度基本一致，通過線性外推和取平均值計(jì)算其分別為590.4 ℃、582.2 ℃、583.0 ℃、571.5 ℃、575.5 ℃；升溫速率為5 ℃/min、10 ℃/min 時液相線曲線峰較尖銳且明顯；升溫速率為15 ℃/min、20 ℃/min、25 ℃/min 時，液相線曲線峰較平緩且相較于升溫速度為5 ℃/min、10 ℃/min時向低溫方向偏移；升溫速率為5 ℃/min 時液相線溫度為665.0 ℃。

圖2 不同升溫速率DSC測定曲線

2.2 不同取樣部位對鋁合金DSC曲線的影響

圖3 為6082 鋁合金攪拌摩擦焊型材升溫速率5 ℃/min、取樣部位分別為母材、熱影響區(qū)、前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)、焊核、回轉(zhuǎn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)的DSC測定曲線。

圖3 不同取樣部位DSC測定曲線

從圖3中可以看出，6082鋁合金攪拌摩擦焊型材母材區(qū)升溫時相變功率較高，焊核區(qū)與前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)相變功率相近，回轉(zhuǎn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)與熱影響區(qū)相變功率相近。與母材區(qū)相比，焊核區(qū)結(jié)晶放熱峰向低溫方向偏移，而前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)、回轉(zhuǎn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)及熱影響區(qū)結(jié)晶放熱峰則向高溫方向偏移，且偏移溫度基本一致；不同部位的固相線溫度基本一致，且峰形狀相同，焊核區(qū)液相線峰較尖銳，其他部位液相線峰較為平緩，母材區(qū)與焊核區(qū)液相線溫度相差近20 ℃。

3 分析與討論

其中， A 為相應(yīng)DSC曲線上峰的面積；ΔH 為熔化潛熱，J/g；K為儀器修正系數(shù)。

由公式（1）可知：相同儀器設(shè)備情況下，熔化潛熱與DSC曲線峰面積呈正比。隨著升溫速率的提高，合金相變功率提高，相應(yīng)的DSC曲線峰面積增加，合金升溫時所需熔化潛熱增加，因此升溫速率為10 ℃/min、15 ℃/min、20 ℃/min、25 ℃/min時低溫結(jié)晶峰向高溫方向偏移。固相線溫度與合金加熱速度無關(guān)，因此不同升溫速度所對應(yīng)的合金固相線溫度基本一致。6082 鋁合金結(jié)晶相變溫度范圍在590～660 ℃區(qū)間內(nèi)，即在固相線溫度與液相線溫度范圍內(nèi)，因此升溫速率越慢，合金相變越充分，峰形狀越明顯且尖銳。

攪拌摩擦焊中不同部位的組織形貌各不相同，焊核區(qū)在攪拌摩擦過程中在高溫變形下發(fā)生再結(jié)晶轉(zhuǎn)變；焊核區(qū)即為動態(tài)再結(jié)晶區(qū)，發(fā)生完全動態(tài)再結(jié)晶，其組織為細(xì)小的等軸晶粒；熱機(jī)影響區(qū)在攪拌摩擦焊過程中離攪拌摩擦中心距離不同，組織發(fā)生不同程度的塑性變形和部分再結(jié)晶而形成彎曲且拉長的微觀晶粒組織；熱影響區(qū)無攪拌摩擦作用，只受摩擦熱循環(huán)作用；母材區(qū)的微觀組織和力學(xué)性能均不發(fā)生變化。因此在DSC曲線測定中，DSC曲線發(fā)生一定變化。焊核區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)、熱影響區(qū)受攪拌摩擦焊不同程度的影響，組織發(fā)生不同程度的變化，焊核區(qū)為等軸細(xì)小晶粒相變時所需熔化潛熱較小，因此結(jié)晶放熱峰較母材區(qū)向低溫方向偏移，熱機(jī)影響區(qū)、熱影響區(qū)受塑性變形及晶粒長大影響所需熔化潛熱增加，因此結(jié)晶放熱峰向高溫方向偏移。在共晶相變溫度范圍即固相線與液相線溫度范圍內(nèi)，共晶相熔化只與材料本身有關(guān)，因此固相線溫度基本一致。焊核區(qū)為完全動態(tài)再結(jié)晶組織，低熔點(diǎn)共晶相較少，趨于液相線溫度時峰形較明顯且曲線尖銳。

4 結(jié)論

（1）不同升溫速率下6082合金的DSC曲線形狀基本一致，隨著升溫速率的增加，合金相變功率增加；與5 ℃/min 相比，升溫速率為10 ℃/min、15 ℃/min、20 ℃/min、25 ℃/min 時的低溫結(jié)晶峰向高溫方向偏移；合金固相線溫度基本一致。

（2）6082 鋁合金攪拌摩擦焊型材母材區(qū)升溫時相變功率較高，焊核區(qū)與前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)相變功率相近，回轉(zhuǎn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)與熱影響區(qū)相變功率相近；與母材區(qū)相比，焊核區(qū)結(jié)晶放熱峰向低溫方向偏移，前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)、回轉(zhuǎn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)及熱影響區(qū)結(jié)晶放熱峰向高溫方向偏移且偏移溫度基本一致。不同部位的固相線溫度基本一致，且峰形狀相同，焊核區(qū)液相線峰較尖銳，其他部位液相線峰較為平緩，母材區(qū)與焊核區(qū)液相線溫度相差近20 ℃。