6082铝合金耐火性能研究

杨 丽，孙 巍，静 宇，王丽萍，李朔东，倪 蕙

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

从20世纪50年代起，欧美国家开始在土木工程中使用铝合金材料，在以钢筋混凝土、钢结构为主的现代结构中铝合金也得到越来越多的应用[1]。6xxx系铝合金是以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金，具有良好的强度和加工性能[2-3]。6082铝合金属于中等强度的6xxx系合金，在汽车、航天、交通运输、电子、建筑及工业等领域被广泛应用[4-6]，如桥梁、起重机、屋顶构架、运输机、运输船等[7]。

和钢材相比，铝合金的防火性能较差，随着温度的升高，铝合金的强度和弹性模量下降很快，材料的耐火性能直接影响到铝合金结构高温下的安全性[8-9]。因此，本文选取3.5 mm和12 mm厚的6082铝合金为研究对象，研究其在高温下的耐火性能，可为6082铝合金于相关领域的应用提供参考。

1 实验部分

1.1实验材料

试验材料为6082铝合金，热处理状态为T6，试样厚度分别为3.5 mm和12 mm，合金成分见表1。其室温下的理化性能见表2(其中，布氏硬度为测量3点的平均值，拉伸性能为测量3根试样的平均值)。

表1 试样化学成分(质量分数，%)

表2 试样室温下的理化性能

1.2实验设备

1)拉伸性能测试实验设备为AG-X 100KNH电子万能试验机及0.5级全自动引伸计；

2)硬度测试实验设备为OMNITEST型多功能硬度计；

3)金相观察设备为体式金相显微镜。

1.3实验方案

将厚度为3.5 mm和12 mm的6082-T4铝合金坯料进行单级时效(175 ℃×8 h)，转化为T6状态，再按照表3进行时效处理，室温冷却24 h后进行金相观察、硬度测试和拉伸性能测试。

每种制度取1个金相试样、1个硬度试样(测量三点)和3个拉伸试样进行测试；3.5 mm试样硬度试验参数为HBW1/10，12 mm试样硬度试验参数为HBW2.5/62.5。

表3 时效制度

2 结果与讨论

实验结果如表4所示。表中列出的硬度试验结果为测量三点的平均值，拉伸性能的试验结果为测量三根试样的平均值。由表4可知，不同厚度6082铝合金金相组织随加热温度和保温时间的整体变化趋势并不明显。

图1为选取的部分试样晶粒度图，图2、图3分别为3.5 mm和12 mm厚6082铝合金试样的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、布氏硬度及晶粒度与时效制度的关系。

由图2可以看出，3.5 mm厚6082铝合金试样的屈服强度、抗拉强度和布氏硬度随加热温度和保温时间的增加而下降，断后伸长率随加热温度和保温时间的增加而上升。近似于以200 ℃×4 h为分界线，当加热温度小于200 ℃时，力学性能的下降或上升变化趋势相对平缓，无太大波动，说明此时的材料状态比较稳定，耐火性能良好；当加热温度大于200 ℃时，力学性能开始急剧的下降或上升，尤其在200 ℃×4 h和300 ℃×1 h之间变化幅度最为明显，此时材料的强度变低、塑性增大，耐火性能变差。

同样，由图3可以看出，12 mm厚6082铝合金试样的屈服强度、抗拉强度和布氏硬度随加热温度和保温时间的增加而下降，断后伸长率随加热温度和保温时间的增加而上升。近似于以200 ℃×4 h为分界线，当加热温度小于200 ℃时，力学性能的下降或上升变化趋势相对平缓，无太大波动，说明此时的材料状态比较稳定，耐火性能良好；当加热温度大于200 ℃时，力学性能开始急剧的下降或上升，尤其在200 ℃×4 h和300 ℃×1 h之间变化幅度最为明显，此时材料的强度变低、塑性增大，耐火性能变差。

表4 实验结果

(a) 3.5 mm厚，200 ℃×2 h，5.5级 (b) 12 mm厚，200 ℃×2 h，4级图1 不同试样晶粒度(a) thickness of 3.5 mm, 200 ℃×2 h，5.5 grade；(b) thickness of 12 mm, 200 ℃×2 h，4 gradeFig.1 Grain size of different sample

将图2与图3对比可知，3.5 mm和12 mm厚的6082铝合金试样所测的各项理化性能随加热温度和保温时间的变化趋势基本一致，说明不同厚度6082材料的耐火敏感性相似。

图2 3.5 mm厚度试样屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、硬度及晶粒度与时效制度的关系Fig.2 Relation between yield strength, tensile strength, break elongation, hardness and grain size with aging system of the sample with 3.5 mm thickness

图3 12 mm厚度试样屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、硬度及晶粒度与时效制度的关系Fig.3 Relation between yield strength, tensile strength, post-fracture elongation, hardness and grain size with aging system of the sample with 12 mm thickness

3 结论

1)不同厚度6082铝合金材料所测得的各项理化性能随加热温度和保温时间的变化趋势基本相近，说明耐火敏感性相似。

2)近似于以200 ℃×4 h为分界线，当加热温度小于200 ℃时，不同厚度6082铝合金材料的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率及硬度随加热温度、保温时间的增加无明显变化趋势，说明材料在该环境下耐火性能良好，相对稳定。当加热温度大于200 ℃以后，不同厚度6082铝合金的屈服强度、抗拉强度及硬度随加热温度、保温时间的增加急剧下降，断后伸长率急剧上升，说明材料在该环境下开始变软，耐火性能变差。

3)6082铝合金的金相组织随加热温度和保温时间的增加，变化趋势并不明显。