向 耀，梁豪輝，周晶哲，李一峰，秦 簡(jiǎn)，張 海

（1.廣東澳美鋁業(yè)有限公司，廣東 佛山 528137；2.蘇大澳美輕金屬研究院，廣東 佛山 528137；3.蘇州大學(xué)高性能金屬結(jié)構(gòu)材料研究院，江蘇 蘇州 215006）

擠壓是鋁的三大主要的生產(chǎn)加工方式之一，擠壓速度的快慢直接和生產(chǎn)效率直接相關(guān)，提高擠壓速度是工程技術(shù)人員不懈的追求。

在提高擠壓速度的過(guò)程中受到了各種條件的制約，因擠壓過(guò)程中由于鑄錠表面與擠壓筒有強(qiáng)烈的摩擦，使得外層多情的變形程度比中心區(qū)高幾十倍，同時(shí)外層金屬受到較大的剪切變形，晶粒破碎嚴(yán)重，使內(nèi)能增高，再結(jié)晶溫度降低。又因?yàn)樵跀D壓過(guò)程的末期復(fù)雜的紊流狀態(tài)。并且制品由前端向后端的變形程度越來(lái)越大，使得晶粒越往后越粗大。同時(shí)因?yàn)槟＞邔?duì)材料表面強(qiáng)烈的摩擦產(chǎn)生大量的熱能，并且變形劇烈，使鋁合金表面發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，形成粗晶層。它能引起產(chǎn)品力學(xué)性能下降，抗疲勞性能下降。但關(guān)于擠壓速率對(duì)擠壓后變形組織和性能的影響的文章較少。

本文重點(diǎn)研究了在擠壓過(guò)程中6082鋁合金管格組織的演化過(guò)程，擠壓速率對(duì)微觀(guān)組織和機(jī)械性能的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用的合金棒的生產(chǎn)，采用工業(yè)純鋁（99.7%以上），加硅、鎂、錳等中間合金，使用同水平熱項(xiàng)鑄造，鋁棒直徑178mm。

1.2 擠壓

實(shí)驗(yàn)采用正向擠壓，三分流孔設(shè)計(jì)，外徑48mm，壁厚4mm，鋁棒直徑178mm，鋁棒長(zhǎng)度600mm擠壓比44，壓余長(zhǎng)度20 mm，擠壓機(jī)噸位1800噸，鋁棒擠壓溫度：410℃，模具溫度：405℃，時(shí)效工藝180℃/5小時(shí)。擠壓速度為主缸的活塞速度，由6.5mm/s，7.0 mm/s 7.5mm/s，8.0 mm/s，8.5 mm/s，9.0mm/s，9.5 mm/s，10.0mm/s。在擠壓出口處在線(xiàn)淬火，隨后在180℃時(shí)效6小時(shí)。

1.3 力學(xué)性能測(cè)試和顯微組織測(cè)試樣品制取

分別在不同擠壓速度的產(chǎn)品的頭中尾取樣，整支料長(zhǎng)為24m，頭尾鋸除廢料長(zhǎng)度分別為：3m，1m。

顯微組織樣品取橫截面樣品鑲樣，避開(kāi)焊合線(xiàn)位置，磨拋后進(jìn)行顯微組織、顯微硬度等觀(guān)察。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在此擠壓過(guò)程中，變形速率對(duì)變形組織的影響如圖1所示。從中可見(jiàn)在低變形速率時(shí)變形組織可明顯的區(qū)分為粗晶層和內(nèi)部細(xì)晶層。

如前文所述，粗晶層的厚度受變形速率的影響不大，這主要是粗晶層的變形原本就十分劇烈，變形速率雖然有增加但可忽略不計(jì)。

但變形速率對(duì)中間的細(xì)晶層有明顯的影響，從圖1中可知，在低變形速率時(shí)內(nèi)部的細(xì)晶層包含著大量的等軸晶，其再結(jié)晶機(jī)制以連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶為主。隨變形量增加該區(qū)域逐漸出現(xiàn)異常長(zhǎng)大的再結(jié)晶晶粒，并且隨著變形速率增大其占比逐漸增多使原本的變形組織由連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)再結(jié)晶組織。

如圖1所示變形速率下的管材的不同變形位置的微觀(guān)組織，從中可以看出隨著擠壓過(guò)程進(jìn)行管材與模具摩擦造成的溫升逐漸加劇，致使變形溫度升高從而在細(xì)晶層內(nèi)出現(xiàn)異常長(zhǎng)大的再結(jié)晶晶粒，并在最后整體發(fā)生了再結(jié)晶。

圖1 變形速率下的管材的不同變形位置的微觀(guān)組織

在時(shí)效后管材的拉伸性能的測(cè)試過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)隨著擠壓速度的逐步提升，頭中尾的抗拉強(qiáng)度，曲服強(qiáng)度，延伸率都有一個(gè)降低到升高的過(guò)程，見(jiàn)圖2。如前文所述擠壓過(guò)程中變形速率的提高造成溫度升高促使再結(jié)晶發(fā)生，降低了缺陷密度，減少了析出相的優(yōu)先形核位置，因此性能逐漸降低。而隨著變形速率增大造成的變形溫度升高達(dá)到Mg2Si的溶解溫度促使其固溶回鋁基體中，增加管材在線(xiàn)淬火的過(guò)飽和程度，進(jìn)而在后續(xù)時(shí)效過(guò)程中獲得更高的性能，因而性能逐漸隨變形速率增大到10mm/s時(shí)開(kāi)始回升。

圖3所示為從管材內(nèi)側(cè)的粗晶環(huán)開(kāi)始測(cè)量直到外側(cè)的粗晶環(huán)的微觀(guān)維氏硬度，可見(jiàn)不同速率下的不同位置的微觀(guān)硬度并無(wú)明顯變化規(guī)律和趨勢(shì)。雖然微觀(guān)組織有明顯的差別，但影響性能的主要為析出相Mg2Si，因此硬度變化并不規(guī)律。因而可以確定粗晶層對(duì)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度并無(wú)消極影響。

圖2 不同速率力學(xué)性能變化趨勢(shì)

圖3 不同速率的微觀(guān)硬度從內(nèi)到外變化規(guī)律

3 結(jié)論

（1）擠壓過(guò)程中表層形成的粗晶層是由于鋁材與模具摩擦升溫導(dǎo)致的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形成的。

（2）在恒定變形速率情況下，由于摩擦升溫提高了變形溫度導(dǎo)致了不連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生。

（3）變形速率的增大提高了變形溫度進(jìn)而使變形組織發(fā)生不連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，消除了大量變形導(dǎo)致的缺陷減少了析出相的優(yōu)先形核位置降低了機(jī)械性能。但隨著變形速率的進(jìn)一步加大，變形溫度的進(jìn)一步升高，促使Mg2Si的溶解提高了固溶體的過(guò)飽和度，進(jìn)而機(jī)械性能得到回升。

（4）從微觀(guān)組與以微觀(guān)硬度的關(guān)系來(lái)看，再結(jié)晶組織和粗晶層的存在對(duì)性能的影響并無(wú)明顯規(guī)律，進(jìn)而可知加工硬化和晶界強(qiáng)化并不是型材的主要強(qiáng)化方式。