固溶制度对6082合金组织性能的影响

邓玉臻，刘文霞，吕庆玉，刘平礼，宋琳琳

（山东丛林集团，山东龙口265705）

固溶制度对6082合金组织性能的影响

邓玉臻，刘文霞，吕庆玉，刘平礼，宋琳琳

（山东丛林集团，山东龙口265705）

针对6082型材混炉固溶处理后再结晶导致性能恶化的情况，通过金相、硬度及导电率检测，对固溶温度和保温时间对合金的影响进行了研究。结果显示：固溶温度和保温时间均会影响硬度和导电率，同时挤压形成的亚晶组织也会发生不同程度的再结晶。本实验型材的最佳固溶制度为520℃×3h。520℃固溶处理时，合金元素固溶度较低，导电率和硬度易受表层晶粒长大的影响而变化。

固溶处理；再结晶；晶粒长大；电导率

0 前言

6082合金属于Al-Mg-Si系热处理可强化的铝合金，具有中等强度和良好的焊接性能和耐腐蚀性，主要用于交通运输和结构工程上，如桥梁、起重机、屋顶构架、交通车和运输船等[1]。

固溶处理是决定时效后显微组织和合金最终力学性能的关键阶段[2～3]。铝合金的固溶处理一般安排在热塑性成形工艺之后，经均质化处理的铸锭在热变形过程中受变形力作用发生应变诱导析出，这些析出相会优先在晶界处形成，而且变形过程会使粗大的难溶相破碎并沿晶界排布，这都将造成合金塑性和强度降低。采用固溶处理，使合金元素尽可能多的溶入基体，不但能为析出强化做准备，还能保证有害的粗大第二相在晶界的聚集减少。

某6082型材在线水冷后，经人工时效强度偏低，取部分型材混在其他型材中进行离线淬火改善性能，但性能反而恶化。经金相检测显示，在线淬火后的型材表面粗晶较薄，混炉固溶处理后表面晶粒异常长大、变厚，拉伸断口出现分层且分层位置与表面粗晶晶界重合，分析认为这是由于混装炉导致固溶处理制度不当所致。为研究固溶处理的影响，在实验室条件下对影响固溶效果的固溶温度和保温时间进行研究，通过对比金相组织、硬度及导电率变化，寻找一种晶粒组织未明显长大、固溶效果较好的最佳固溶制度。

1 实验方案

1.1 试样制取

选取上述问题型材，断面简图见图1。图中标注的金相观察位置为观察和测量位置。沿挤压方向连续截取宽度30mm的试样若干。实验型材最大壁厚11mm。

图1 试验断面

1.2 固溶制度

为验证固溶制度对型材金相组织的影响，参考相关资料[4]，选取520℃和540℃两个温度作为试验温度，相关实验参数设定如表1。固溶处理结束后，均按照175℃×8h时效制度进行时效。

表1 固溶实验参数

1.3 检测内容

试样时效后取金相样，进行金相磨制，选用HCl∶HNO3∶H2O=1∶2∶22的腐蚀液进行金相腐蚀，使用蔡司Observer.A1m光学显微镜进行金相观察和测量，观察倍数50倍，观察位置见图1。

硬度检测能较好地反应材料力学性能。本实验使用美国英斯特朗CLB3布氏硬度计进行硬度测量。试验力为62.5kgf，压头直径2.5mm，加载时间10s。

选用相同的时效制度，使用导电率值反映材料内部微观变化。使用德国FISHER便携式导电率仪对固溶时效后的试样进行导电率测量，测量位置为图1中型材下表面。

2 实验结果

2.1 金相检测结果

对固溶时效后的试样进行金相检测（放大倍数50倍），检测结果如图2、图3所示。

图2 520℃固溶不同时间后金相组织形貌

图3 540℃固溶不同时间后金相组织形貌

对固溶试样进行粗晶层测量发现，520℃固溶的试样固溶时间在3h以内时，粗晶层厚度在510～550μm之间，差别不大。但是当保温时间为5h和6.5h时，粗晶层变厚，厚度在1000～1100μm之间。540℃固溶的试样保温时间在1.5h以内时，粗晶层厚度基本不变（520μm左右）。但是当保温时间超过1.5h时，粗晶层迅速增厚；至3h时，粗晶层厚度已达到3692μm，宏观清晰可辨。这说明在实验时间段内随时间延长，挤压时形成的表面亚晶组织发生静态再结晶，表层晶粒长大，而且这种晶粒长大趋势随温度升高增大，见图4。

图4 520℃和540℃固溶不同时间粗晶层厚度变化趋势

2.2 硬度检测结果

试样固溶+时效处理后进行硬度测量。结果显示，固溶时间和温度均会对硬度产生影响。固溶保温时间小于3h时，随时间延长，硬度逐步上升，540℃固溶的试样硬度曲线运行于520℃固溶的试样上方。但是我们注意到520℃固溶的试样在固溶时间大于3h时，硬度值出现下降，整体变化呈现“Λ”，与520℃固溶时的表面粗晶层增厚节点存在对应。不同时效后的硬度变化见图5。

图5 520℃和540℃固溶不同时间时效后硬度变化趋势

2.3 导电率检测结果

导电率检测结果见图6显示，固溶保温时间小于3h时，随时间延长，导电率逐步下降，540℃固溶的试样硬度曲线运行于520℃固溶的试样下方。但是520℃固溶保温时间大于3h时，导电率出现上升，整体变化呈现“V”，与520℃固溶时的硬度变化趋势刚好相反。

图6 520℃和540℃固溶不同时间时效后导电率变化趋势

3 分析与讨论

3.1 固溶处理制度对金相组织的影响

对于固溶热处理而言，固溶制度主要影响合金元素的固溶程度，进而影响型材性能。随固溶温度和时间的增加，提高了固溶体中溶质原子与空位的过饱和度，合金中粗大第二相溶入基体的溶解度增加，淬火后形成的固溶体过饱和度相应增加，直至达到该温度下的最大固溶度，这有利于提高合金的固溶强化和时效强化效果。但固溶温度和时间的增加，也加剧了挤压形成的变形组织的再结晶行为，这是因为固溶处理时，热挤压时形成的亚晶组织和结构会发生一定程度回复和再结晶。当保温时间较长时，已形成的再结晶晶粒会发生不同程度的长大，如图7所示。这种回复、再结晶及晶粒长大过程优先发生在变形剧烈部位，如型材表面。当粗晶层厚度和晶粒过大时，会恶化型材的综合性能。实践证明，固溶淬火后型材表面形成粗大的再结晶组织，在进行力学检测时，力学性能极差，拉伸断口易形成沿再结晶晶界延伸的宽大二次裂纹，严重的可形成类似成层的情况。

从再结晶角度考虑，520℃×3h和540℃×1.5h是较佳的固溶制度，此时表层晶粒未出现明显长大。

图7 固溶组织演变

3.2 固溶处理制度对硬度的影响

过饱和固溶体时效过程中通过析出强化相，形成弥散和沉淀强化，加上基体的固溶强化、晶界强化等共同构成铝合金的主要强化方式。随着过饱和度的增加，合金固溶强化和时效强化增强，进而使合金的强度和硬度升高，本实验前3个小时的检测结果符合此种趋势。图5硬度变化曲线显示，520℃固溶的型材在固溶3h后，硬度出现拐点并向下变化，结合金相结果可判定此时合金固溶强化效果被晶粒长大的影响而极大削弱，性能受再结晶影响大。由Hall-Petch公式可知，合金强度与晶粒尺寸成反比，晶粒长大对合金强度不利。

从硬度和再结晶角度考虑，520℃×3h为较佳的固溶制度，此制度下既能获得未明显长大晶粒组织，硬度也比540℃×1.5h制度高，性能较好。

3.3固溶处理制度对导电率的影响

本实验使用相同的时效制度，电导率的检测一定程度上从侧面反映了型材固溶程度[5]。资料显示[6、7]，金属的电阻率与电子的自由程有关，对导电率影响最大的是固溶体的固溶程度。溶质原子在基体中的过饱和度越大，基体畸变程度也相应增大，基体点阵中电子散射源的数量和密度增加。导电电子的平均自由程减小，使电子受散射的几率增大，合金导电率降低。另一方面，固溶程度升高，基体中原有的位错等缺陷减少，集体点阵中电子散射源数量和密度减小，导电率会升高。总体来说，随固溶度升高，合金导电率降低，当平衡相溶解达到极限，合金导电率就不再变化。本实验中，实验前期随着固溶度程度升高，导电率下降，但是随着保温时间延长，型材发生回复、再结晶和晶粒发生长大。回复可以减少材料的晶体缺陷，特别是点缺陷浓度，使点阵电场的不均匀程度降低，结果使铝合金的导电率升高。再结晶可以消除铝合金冷塑性变形时形成的晶体缺陷和晶格畸变，使铝合金的组织恢复到冷塑性变形前的状态，此时，导电率也恢复到冷塑性变形前的状态[8]。这种情况在520℃固溶较为明显，此时导电率受晶粒长大影响明显。

综合再结晶、硬度和导电率三方面的因素，判定520℃×3h为此型材最佳固溶制度，此时合金组织稳定，固溶程度较高，综合性能最好。按此固溶制度对性能样进行固溶处理并时效，性能符合要求。

4 结论

通过实验得出以下结论：

（1）本实验型材的最佳固溶制度为520℃×3h。

（2）固溶温度和保温时间均会影响6082合金硬度和导电率，同时挤压形成的亚晶组织也会发生不同程度的再结晶，固溶制度制定时应综合考虑，尤其是在混装炉固溶时。

（3）520℃固溶处理时，合金元素固溶度较低，导电率和硬度易受表层晶粒长大的影响而变化。540℃固溶处理时，合金元素固溶度高，晶粒长大的影响不明显，但是由于晶粒过大，不利于型材综合性能提升。

[1]肖亚庆，谢水生，刘静安，等.铝加工技术实用手册[M].北京:冶金工业出版社，2005:1-24

[2]周华，肖顺华.固溶处理对2E12铝合金显微组织和力学性能的影响[J].铝加工，2011(3):25-29

[3]汪磊，周明哲.固溶处理对2E12铝合金显微组织和拉伸性能的影响[J].铝加工，2014(6):33-37

[4]刘胜胆，陈小连，张端正，等.固溶温度对6082铝合金显微组织和性能的影响[J].中国有色金属学报，2011.25 (3):582-588

[5]丁小理，高森田.电导率与铝合金挤压制程稳定性的研究[J].铝加工，2016(2):45-49

[6]于洪伟，李俊峰，刘秀华.热处理制度对6082铝合金电导率的影响[J].轻合金加工技术，2002.30(9):12-14

[7]王学书，聂波，谢延翠.热处理制度对7075铝合金电导率的影响[J].轻合金加工技术，2001.29(7):40-42

[8]宁爱林，蒋守生，彭北山.铝合金的力学性能及其电导率[J].轻金属材料，2005.6:34-36

Effect of Solution System on Microstructure and Property of 6082 Alloy

DENG Yu-zhen，LIU Wen-xia，LV Qing-yu，LIU Ping-li，SONG Lin-lin
（Shandong Conglin Aluminum Co.,Ltd.,Longkou 265705,China）

Performance was deteriorative after solid solution due to recrystallization of the 6082 profiles,the effect of the solution tem⁃perature and holding time on alloys were investigated by aid of metallographic examination,hardness and electrical conductivity de⁃tection.The results showed that the solution temperature and holding time will affect the hardness and conductivity,sub-grain struc⁃ture formed during extrusion would cause recrystallization with various degree.

solution treatment;recrystallization;grain growth;electrical conductivity

TG146.21，TG166.3

A

1005-4898(2017)03-0012-06

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.03.03

邓玉臻（1988-），男，山东省日照市人，工程硕士。

2017-03-08