劉 暢，劉煌萍，李偉萍，劉靜安

(1.廣東廣鋁鋁型材有限公司，廣東 廣州 510450；2.廣東偉業(yè)鋁廠集團(tuán)公司，廣東 佛山523000；3.重慶西南鋁業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，重慶 401326)

5xxx合金具有比強(qiáng)度高、抗疲勞性能優(yōu)異、可焊性強(qiáng)、耐蝕性高的性能，與鋁錳系合金并稱為防銹鋁合金。陽極氧化、微弧氧化處理后表面美觀，電弧焊性能良好，被廣泛用于海事用途，如船舶，以及汽車、飛機(jī)焊接件、地鐵輕軌，需嚴(yán)格防火的壓力容器，如液體罐車、冷藏車、冷藏集裝箱，制冷裝置、電視塔、鉆探設(shè)備、交通運(yùn)輸設(shè)備、導(dǎo)彈零件、裝甲等[1，2]。一直以來，5050合金多采用傳統(tǒng)軋制工藝生產(chǎn)成板材應(yīng)用于各行各業(yè)，采用擠壓成型工藝的廠家較少，因此對(duì)5050鋁合金擠壓型材成型工藝的研究較少。但是近年來隨著擠壓工藝技術(shù)的發(fā)展和擠壓裝備的不斷升級(jí)，5050鋁合金擠壓型材的應(yīng)用范圍越來越廣，由于各企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備限制了生產(chǎn)工藝，伴隨而來的性能問題也越來越突出，如硬度低、耐腐蝕性能差、性能不穩(wěn)定等。本文通過研究合金成分、冷變形拉伸加工和穩(wěn)定化處理工藝參數(shù)對(duì)5050鋁合金硬度和耐蝕性的影響，以便優(yōu)化其生產(chǎn)工藝提高材料的綜合性能。

1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用材料的化學(xué)成分見表1。

擠壓試驗(yàn)在1800T擠壓機(jī)上進(jìn)行，擠壓產(chǎn)品為框架結(jié)構(gòu)用工業(yè)型材，壁厚2.1mm，鋁棒加熱溫度420℃～460℃，擠壓速度1m/min～4m/min，擠壓過程采用風(fēng)機(jī)冷卻，型材中斷后長(zhǎng)度6m。待型材冷卻至室溫2h后進(jìn)行不同程度的冷變形拉伸加工和穩(wěn)定化熱處理，測(cè)定其韋氏硬度和剝落腐蝕性能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 合金元素含量對(duì)其硬度和耐蝕性的影響

根據(jù)Al-Mg二元相圖，在共晶溫度449℃下，鎂在鋁中的溶解度為17.4%，且溶解度隨溫度下降，溶解度迅速減小，室溫下溶解度小于1.9%，約為1.4%。由于鎂和鋁的化合物Mg5Al8相析出很慢，即使在退火狀態(tài)，也易得到過飽和固溶體。對(duì)于鋁鎂合金，添加微量的錳、鉻、鋯細(xì)化晶粒，抑制雜質(zhì)相的沿晶析出和促進(jìn)其在晶內(nèi)外的均勻分布，增加合金固溶強(qiáng)化效果，對(duì)改善合金耐腐蝕性能，提高合金強(qiáng)度有良好的效果[3，4]。

從表2中可以看出，對(duì)于1#合金和3#合金，在同一變形加工量1.45%和熱處理制度250℃×2h下，當(dāng)鎂含量相當(dāng)時(shí)，硅含量越高，合金的表面硬度較高，而耐蝕性下降。這是由于少量的硅可改善鋁鎂合金的流動(dòng)性，當(dāng)硅含量超過0.2%時(shí)，與基體中的鎂形成粗大的難以溶解的Mg2Si相和雜質(zhì)硅在晶界呈鏈狀析出，表面硬度和強(qiáng)度增加，但點(diǎn)蝕傾向嚴(yán)重造成耐蝕性下降。因此1#合金的表面硬度較3#合金高，但耐蝕性比3#合金低。

而對(duì)于2#合金和3#合金，在同一變形加工量1.45%和熱處理制度250℃×2h下，隨著鎂含量的增加，基體中的第二相Mg5Al8相也在增加，合金的表面硬度也在增加，但對(duì)合金耐蝕性并無明顯影響。這是由于鎂含量在低于3%時(shí)，且合金中雜質(zhì)元素含量控制較小情況下，只形成少量彌散的第二相Mg5Al8，在任何熱處理狀態(tài)和冷加工狀態(tài)均無應(yīng)力腐蝕傾向，而在鋁鎂合金中，應(yīng)力腐蝕、剝落腐蝕和晶間腐蝕具有很好的一致性，所以鎂含量的增加對(duì)低鎂合金的耐蝕性影響不大。因此3#合金的表面硬度較2#合金低，但兩者耐蝕性差別不大。

2.2 冷變形加工量對(duì)其表面硬度和耐蝕性的影響

一般情況下，隨著冷加工量的增大，鋁鎂合金內(nèi)應(yīng)力越大，合金的應(yīng)力腐蝕和剝落腐蝕敏感性增加。

由表2可以看出，在同一穩(wěn)定化熱處理制度250℃保溫2h下，2#合金和3#合金隨著冷變形量的增加，剝落腐蝕敏感性有輕微增加的傾向，合金表面硬度也是先升高后出現(xiàn)輕微下降。因?yàn)楹辖鸾M織結(jié)構(gòu)內(nèi)能升高，易于形核，再結(jié)晶溫度也開始降低，在后續(xù)熱處理中容易發(fā)生二次再結(jié)晶，也容易形成粗大的晶粒組織。而對(duì)于含有雜質(zhì)相合金的1#合金，在一定的熱處理?xiàng)l件下，當(dāng)晶間析出構(gòu)成鏈狀時(shí)便有晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和剝落腐蝕傾向，在熱處理前對(duì)過飽和的固溶體施以2%左右的冷變形量，可破壞鏈狀結(jié)構(gòu)，在隨后退火時(shí)可大大減輕腐蝕傾向，且可顯著提高合金的表面硬度。

2.3 不同穩(wěn)定化熱處理制度對(duì)其表面硬度和耐蝕性的影響

鋁鎂合金在鎂含量較低的情況下，通常在退火和冷作狀態(tài)下使用，但冷加工使合金貯存較大的內(nèi)應(yīng)力，因此冷加工后還要進(jìn)行穩(wěn)定化處理。退火工藝對(duì)腐蝕性能影響很大。

由表2中可以看出，在采取同一冷變形量條件下，對(duì)于1#合金，由于冷變形量在1.45%時(shí)，晶間鏈狀結(jié)構(gòu)被破壞，腐蝕通道被打斷，因此隨著變形量的增加，耐蝕性能明顯提高，固溶相的析出也使得合金的表面硬度明顯提高。在低溫退火制度下250℃保溫一定時(shí)間，同等變形條件下，硬度隨著保溫時(shí)間的增加下降，但耐蝕性隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而提高。

而對(duì)于2#和3#合金，在采取冷變形量1.45%條件下，在傳統(tǒng)退火制度下345℃保溫30min下，未出現(xiàn)明顯的點(diǎn)蝕及剝落腐蝕現(xiàn)象。在低溫退火制度下250℃保溫一定時(shí)間，在同等變形條件下，硬度隨著保溫時(shí)間的增加而下降，但耐蝕性隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而提高。這是由于鋁鎂合金在低溫退火狀態(tài)下，既可以消除合金的內(nèi)應(yīng)力，又可以保持較高的硬度。

3 結(jié)論

(1) 隨著鎂含量的增加，基體中的固溶相Mg5Al8增加，在隨后的冷變形加工及穩(wěn)定化退火熱處理中，合金的硬度也隨之增加，合金的耐蝕性并無明顯的差別；少量的硅可增加金屬的流動(dòng)性，減少合金的熱裂行為，當(dāng)硅含量超過0.2%時(shí)，硬度增加，而耐蝕性下降；微量的錳、鉻、鋯可細(xì)化晶粒，提高合金的硬度和耐蝕性。

(2) 隨著冷變形程度的增加，在經(jīng)過后續(xù)的穩(wěn)定化退火熱處理后，單相合金的硬度明顯增加后有輕微下降，剝落腐蝕敏感性也有輕微增大的傾向；而相對(duì)于含雜質(zhì)相較多的多相合金，經(jīng)穩(wěn)定化熱處理后，其硬度明顯提高，冷變形量在2%左右時(shí)耐蝕性能最優(yōu)。

(3)對(duì)于單相合金，采取345℃×30min穩(wěn)定化退火熱處理制度均能達(dá)到比較優(yōu)異的綜合性能；對(duì)于含雜質(zhì)相較多的合金，采取345℃×30min穩(wěn)定化熱處理制度可使合金獲得最優(yōu)異的力學(xué)性能和耐蝕性。