冷变形程度及稳定化热处理对5050铝合金硬度和耐蚀性的影响

刘 畅，刘煌萍，李伟萍，刘静安

(1.广东广铝铝型材有限公司，广东 广州 510450；2.广东伟业铝厂集团公司，广东 佛山523000；3.重庆西南铝业集团有限责任公司，重庆 401326)

5xxx合金具有比强度高、抗疲劳性能优异、可焊性强、耐蚀性高的性能，与铝锰系合金并称为防锈铝合金。阳极氧化、微弧氧化处理后表面美观，电弧焊性能良好，被广泛用于海事用途，如船舶，以及汽车、飞机焊接件、地铁轻轨，需严格防火的压力容器，如液体罐车、冷藏车、冷藏集装箱，制冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹零件、装甲等[1，2]。一直以来，5050合金多采用传统轧制工艺生产成板材应用于各行各业，采用挤压成型工艺的厂家较少，因此对5050铝合金挤压型材成型工艺的研究较少。但是近年来随着挤压工艺技术的发展和挤压装备的不断升级，5050铝合金挤压型材的应用范围越来越广，由于各企业的生产设备限制了生产工艺，伴随而来的性能问题也越来越突出，如硬度低、耐腐蚀性能差、性能不稳定等。本文通过研究合金成分、冷变形拉伸加工和稳定化处理工艺参数对5050铝合金硬度和耐蚀性的影响，以便优化其生产工艺提高材料的综合性能。

1 试验方法

试验用材料的化学成分见表1。

挤压试验在1800T挤压机上进行，挤压产品为框架结构用工业型材，壁厚2.1mm，铝棒加热温度420℃～460℃，挤压速度1m/min～4m/min，挤压过程采用风机冷却，型材中断后长度6m。待型材冷却至室温2h后进行不同程度的冷变形拉伸加工和稳定化热处理，测定其韦氏硬度和剥落腐蚀性能，试验数据见表2。

2 试验结果分析

2.1 合金元素含量对其硬度和耐蚀性的影响

根据Al-Mg二元相图，在共晶温度449℃下，镁在铝中的溶解度为17.4%，且溶解度随温度下降，溶解度迅速减小，室温下溶解度小于1.9%，约为1.4%。由于镁和铝的化合物Mg5Al8相析出很慢，即使在退火状态，也易得到过饱和固溶体。对于铝镁合金，添加微量的锰、铬、锆细化晶粒，抑制杂质相的沿晶析出和促进其在晶内外的均匀分布，增加合金固溶强化效果，对改善合金耐腐蚀性能，提高合金强度有良好的效果[3，4]。

从表2中可以看出，对于1#合金和3#合金，在同一变形加工量1.45%和热处理制度250℃×2h下，当镁含量相当时，硅含量越高，合金的表面硬度较高，而耐蚀性下降。这是由于少量的硅可改善铝镁合金的流动性，当硅含量超过0.2%时，与基体中的镁形成粗大的难以溶解的Mg2Si相和杂质硅在晶界呈链状析出，表面硬度和强度增加，但点蚀倾向严重造成耐蚀性下降。因此1#合金的表面硬度较3#合金高，但耐蚀性比3#合金低。

而对于2#合金和3#合金，在同一变形加工量1.45%和热处理制度250℃×2h下，随着镁含量的增加，基体中的第二相Mg5Al8相也在增加，合金的表面硬度也在增加，但对合金耐蚀性并无明显影响。这是由于镁含量在低于3%时，且合金中杂质元素含量控制较小情况下，只形成少量弥散的第二相Mg5Al8，在任何热处理状态和冷加工状态均无应力腐蚀倾向，而在铝镁合金中，应力腐蚀、剥落腐蚀和晶间腐蚀具有很好的一致性，所以镁含量的增加对低镁合金的耐蚀性影响不大。因此3#合金的表面硬度较2#合金低，但两者耐蚀性差别不大。

2.2 冷变形加工量对其表面硬度和耐蚀性的影响

一般情况下，随着冷加工量的增大，铝镁合金内应力越大，合金的应力腐蚀和剥落腐蚀敏感性增加。

由表2可以看出，在同一稳定化热处理制度250℃保温2h下，2#合金和3#合金随着冷变形量的增加，剥落腐蚀敏感性有轻微增加的倾向，合金表面硬度也是先升高后出现轻微下降。因为合金组织结构内能升高，易于形核，再结晶温度也开始降低，在后续热处理中容易发生二次再结晶，也容易形成粗大的晶粒组织。而对于含有杂质相合金的1#合金，在一定的热处理条件下，当晶间析出构成链状时便有晶间腐蚀、应力腐蚀和剥落腐蚀倾向，在热处理前对过饱和的固溶体施以2%左右的冷变形量，可破坏链状结构，在随后退火时可大大减轻腐蚀倾向，且可显著提高合金的表面硬度。

2.3 不同稳定化热处理制度对其表面硬度和耐蚀性的影响

铝镁合金在镁含量较低的情况下，通常在退火和冷作状态下使用，但冷加工使合金贮存较大的内应力，因此冷加工后还要进行稳定化处理。退火工艺对腐蚀性能影响很大。

由表2中可以看出，在采取同一冷变形量条件下，对于1#合金，由于冷变形量在1.45%时，晶间链状结构被破坏，腐蚀通道被打断，因此随着变形量的增加，耐蚀性能明显提高，固溶相的析出也使得合金的表面硬度明显提高。在低温退火制度下250℃保温一定时间，同等变形条件下，硬度随着保温时间的增加下降，但耐蚀性随着时间的延长而提高。

而对于2#和3#合金，在采取冷变形量1.45%条件下，在传统退火制度下345℃保温30min下，未出现明显的点蚀及剥落腐蚀现象。在低温退火制度下250℃保温一定时间，在同等变形条件下，硬度随着保温时间的增加而下降，但耐蚀性随着时间的延长而提高。这是由于铝镁合金在低温退火状态下，既可以消除合金的内应力，又可以保持较高的硬度。

3 结论

(1) 随着镁含量的增加，基体中的固溶相Mg5Al8增加，在随后的冷变形加工及稳定化退火热处理中，合金的硬度也随之增加，合金的耐蚀性并无明显的差别；少量的硅可增加金属的流动性，减少合金的热裂行为，当硅含量超过0.2%时，硬度增加，而耐蚀性下降；微量的锰、铬、锆可细化晶粒，提高合金的硬度和耐蚀性。

(2) 随着冷变形程度的增加，在经过后续的稳定化退火热处理后，单相合金的硬度明显增加后有轻微下降，剥落腐蚀敏感性也有轻微增大的倾向；而相对于含杂质相较多的多相合金，经稳定化热处理后，其硬度明显提高，冷变形量在2%左右时耐蚀性能最优。

(3)对于单相合金，采取345℃×30min稳定化退火热处理制度均能达到比较优异的综合性能；对于含杂质相较多的合金，采取345℃×30min稳定化热处理制度可使合金获得最优异的力学性能和耐蚀性。