劉兆偉，王東輝，黃 健，陳 利，潘 巖，馬龍飛

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

6082鋁合金是Al-Mg-Si系鋁合金，Mn、Mg等含量較高，有明顯的停放效應(yīng)，降低人工時效強化效果，有研究結(jié)果表明，時效前預(yù)拉伸處理延緩合金自然時效過程，可提高合金的強度[1，2]。本實驗通過在常溫下對不同時效制度及不同預(yù)拉伸量的6082鋁合金進行力學(xué)性能檢測及金相組織觀察，分析預(yù)拉伸量對合金力學(xué)性能的影響，為6xxx系鋁合金預(yù)拉伸生產(chǎn)及加工形變提供參考依據(jù)。

1 實驗材料及方法

1.1 試驗材料的準備

選用3mm厚的6082鋁合金中空型材，并加工成30mm寬×200mm長的坯料。實驗材料合金成分(質(zhì)量分數(shù)，%)為，Si 0.95～1.05，Mg 0.90～0.95，F(xiàn)e 0.20，Cu 0.05，Mn 0.45～0.55，Cr 0.05，Ti 0.05，Zn 0.05，Al余量。坯料經(jīng)過525℃×1h固溶淬火后，使用拉伸試驗機進行不同預(yù)拉伸變形處理(變形量0.0%～6.5%)，再進行人工時效，表1為具體試驗方案。

表1 試驗方案

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)拉伸對顯微組織的影響

圖1為0.0%、2.0%、4.0%及6.5%的6082鋁合金進行縱截面的金相組織。實驗材料原始狀態(tài)為形變與再結(jié)晶的混合組織，經(jīng)過重新固溶時效后晶粒沿著形變方向長大，縱截面下為扁平晶粒。隨著預(yù)拉伸量的增加，預(yù)拉伸處理后的晶粒組織沿著預(yù)拉伸的方向逐漸伸長，這是由于預(yù)變形后的時效，合金主要發(fā)生回復(fù)過程。而未經(jīng)預(yù)變形的合金，時效后基體仍為淬火后的再結(jié)晶組織。當(dāng)加入的形變量致使發(fā)生塑性變形時，基體內(nèi)部有大量位錯開動，一方面產(chǎn)生加工硬化提高強度，另一方面增加人工時效析出相形核位置，可提高時效強度[3-5]。

(a)0.0%；(b)2.0%；(c)4.0%；(d)6.5%

圖2所示為不同預(yù)拉伸處理后的金相顯微照片。由圖2(a)可見，合金經(jīng)固溶處理后未預(yù)拉伸的固溶態(tài)主要由大量彌散相和第二相所組成。對比圖2(b)(c)，經(jīng)預(yù)拉伸處理后的T6時效態(tài)組織中黑色第二相數(shù)量較未預(yù)拉伸處理后的多，且分布均勻。這是由于6082合金在預(yù)拉伸過程中會有更多的β″相晶核形成，當(dāng)后期經(jīng)過時效處理后從而使合金形成更多其細小的析出強化相[6]。

(a)未預(yù)拉伸(固溶態(tài))；(b)未預(yù)拉伸(時效態(tài))；(c)2.0%預(yù)拉伸(時效態(tài))

2.2 預(yù)拉伸量對力學(xué)性能的影響

由圖3可以看出，隨著預(yù)拉伸量的增大，實驗材料的屈服強度和抗拉強度呈先升高再小幅度降低的趨勢，屈服強度從未經(jīng)過預(yù)拉伸的275.7MPa快速升高到2.0%預(yù)拉伸量的311MPa，之后屈服強度緩慢降低；抗拉強度在預(yù)拉伸量1.0%以內(nèi)變化不大，繼續(xù)提高變形量到2.0%時，抗拉強度快速升高到323.3MPa，之后緩慢下降，預(yù)拉伸量5.0%之后抗拉強度保持不變。預(yù)拉伸量從0%到2.0%，位錯的密度增量較大，而接著加大預(yù)變形程度，位錯密度會持續(xù)提高，但過飽和固溶體中的溶質(zhì)原子濃度是固定的，富集溶質(zhì)原子的氣團增加幅度減小，強化析出相數(shù)目的增加幅度也減小，因此強度的增量也隨之減少。

圖3 不同預(yù)拉伸量下的力學(xué)性能

伸長率總體呈下降趨勢，先從未經(jīng)過預(yù)拉伸的15.5%緩慢降低到預(yù)拉伸量為2.0%時的11.0%，隨后開始緩慢下降。這是由于預(yù)拉伸量使合金晶?；蚓Ы缣幘植繎?yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力大于理論斷裂強度，該處的原子鍵就會斷裂，從而形成微裂紋，而且局部應(yīng)力集中也可形成位錯，位錯運動遇到晶界或者第二相塞積形成裂紋尖端，從而對材料組織造成損傷，降低合金強度和伸長率[3]。變形量大的狀態(tài)延伸率較低，預(yù)拉伸處理犧牲了合金的塑性造成了延伸率的下降，而在時效進行到中后段延伸率的變化不明顯。

2.3 不同時效時間與不同預(yù)拉伸量對力學(xué)性能的影響

圖4為不同時效時間與不同預(yù)拉伸量對力學(xué)性能的影響?？梢钥闯?，不同預(yù)拉伸量的試樣經(jīng)過不同時間的時效后，抗拉與屈服強度均呈先升高，在時效4h后降低的趨勢。并且峰值強度過后，預(yù)拉伸量與強度變化趨勢呈反比；伸長率隨著時效時間的增加呈降低趨勢。在本實驗范圍內(nèi)，不同拉伸量到達人工峰時效的時間無明顯差異，所有級別預(yù)拉伸量達到峰值屈服強度的時間發(fā)生在大約時效4h時，表明預(yù)拉伸水平不影響材料在175℃時達到峰值強度的時間。

圖4 不同時效時間與不同預(yù)拉伸量下的力學(xué)性能

預(yù)變形后再進行人工時效的合金與僅進行人工時效的強化機制不同，人工時效合金的主要強化機制為析出強化，而引入預(yù)變性后，合金的強度主要來源于析出強化和位錯強化。6xxx系鋁合金的時效析出序列為，G.P區(qū)→β″→β′→β(Mg2Si) 。β″一般優(yōu)先在位錯處形核，由于預(yù)變形引入位錯，給β″相提供了有效的形核位置，從而使β″相形核數(shù)目增加[5]。同時淬火后的過飽和固溶體中的溶質(zhì)原子濃度較高，位錯密度增加后，溶質(zhì)原子與位錯交互作用，在位錯周圍富集形成的氣團數(shù)目也相繼增加，這些富集溶質(zhì)原子的氣團也是β″相的核心[6]。隨預(yù)變性量的增加，合金中β″相愈彌散、愈細小，從而在時效4h內(nèi)合金的強度提高。由于預(yù)拉伸改變了合金內(nèi)的位錯密度，因此在后續(xù)的時效處理時會帶來很大的影響，析出相析出帶來的時效強化和由于位錯回復(fù)帶來的軟化會相互作用，這可能會是后期相同時效條件下，經(jīng)預(yù)拉伸的試樣強度和屈強比降低的原因[7,8]。

圖5為施加不同預(yù)拉伸量后不同時效溫度下屈強比變化曲線。隨時效時間的延長，屈強比逐漸升高且逐漸變緩。在相同時效條件下，預(yù)拉伸量超過0.7%后，第二相顆粒對位錯運動的阻礙作用導(dǎo)致屈服強度升高幅度大于抗拉強度，即屈強比隨預(yù)拉伸量的增大而升高[9]。

圖5 不同時效時間與不同預(yù)拉伸量下的屈強比

3 結(jié)論

(1)經(jīng)2%預(yù)拉伸處理后的T6時效態(tài)6082鋁合金組織中黑色第二相數(shù)量較未預(yù)拉伸處理后的多，且分布均勻。

(2)隨預(yù)拉伸變形量的增加，6082鋁合金晶粒沿著形變方向被拉長。當(dāng)預(yù)拉伸變形量達到彈性變形后屈強比有明顯提升，但隨著時效時間延長到后期，經(jīng)預(yù)拉伸處理的強度和屈強比降低。

(3)預(yù)拉伸變形量由0.0%到2.0%時，6082鋁合金強度值隨預(yù)拉伸量增加而升高，屈服強度由275.7MPa快速升高到311MPa，但伸長率下降；當(dāng)預(yù)拉伸變形量由2.0%至6.5%時，強度值和伸長率呈緩慢下降并最終趨于平穩(wěn)。