退火溫度對5A06擠壓型材組織及性能的影響

李秋梅 劉兆偉 周龍 李有功 段英冶 楊路 張執(zhí)劍

摘要：通過對型材微觀組織的觀察及維氏硬度、晶間腐蝕和剝落腐蝕等的測試，研究了退火溫度對5A06擠壓型材組織及性能的影響。結(jié)果表明，隨著退火溫度的升高，晶粒發(fā)生了回復、再結(jié)晶和晶粒長大三個階段。當退火溫度達到175℃時，型材發(fā)生低溫回復，硬度變化不大，耐蝕性較差;在225-325℃退火，型材發(fā)生完全再結(jié)晶，硬度變化較明顯，耐蝕性得到改善;當退火溫度高于325℃時，晶粒長大，硬度略降低，耐蝕性變差。結(jié)合5A06擠壓型材組織及性能研究可知，確定退火溫度為225-325℃。

關(guān)鍵詞：5A06擠壓型材;組織;性能;退火溫度

中圖分類號：TG 146.2文獻標志碼：A

5A06鋁合金是5xxx系鋁合金中的典型合金，防銹鋁，具有較好的耐蝕性，較高的強度，良好的焊接性、耐腐蝕性等特點。目前5A06鋁合金型材、板材被廣泛加工成汽車制造業(yè)、航空航天領(lǐng)域等具有輕量化和耐蝕性要求的結(jié)構(gòu)件。5xxx系鋁合金對剝落腐蝕性能較敏感，熱處理工藝不當時，耐蝕性能較差。5xxx系鋁合金為不可熱處理強化鋁合金，對該材料關(guān)于熱處理方面的報道鮮為人知，尤其是對擠壓型材的研究報道少之又少。本論文通過對5A06鋁合金擠壓型材在不同退火溫度下組織和性能的研究，找到最優(yōu)的退火溫度，完善5A06擠壓型材的技術(shù)參數(shù)。

1試驗方法

本論文所用的擠壓型材厚度為6mm，其化學成分如表1所示。采用不同的溫度對5A06擠壓型材進行退火，退火溫度為175，225，275，325，375，425和475℃，保溫時間為2h。采用蔡司光學顯微鏡對5A06擠壓型材試樣進行組織觀察。采用維氏硬度計對試樣進行硬度測試，每個試樣分別測5個點后取其算數(shù)平均值。晶間腐蝕和剝落腐蝕性能根據(jù)GB/T 22639-2008進行檢測。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1退火溫度對顯微組織的影響

分別對經(jīng)過不同溫度退火處理后的5A06擠壓型材進行顯微組織觀察，其顯微組織如圖1所示。由畫圓圈處可以看出，不同溫度退火處理后型材組織均出現(xiàn)了呈彌散分布的小顆粒，形態(tài)較規(guī)則，相關(guān)資料表明這些黑色小顆粒是Al-Mg系鋁合金中的主要強化相，隨著溫度的升高，強化相粒子部分發(fā)生回溶，導致強化相粒子數(shù)量減少。5A06擠壓型材在退火溫度低于225℃時，其顯微組織主要經(jīng)歷了低溫回復階段。

圖2為經(jīng)過不同溫度退火處理的5A06擠壓型材陽極覆膜顯微組織圖。由圖2（a）和2（b）可以看出晶粒大小基本相同。隨著退火溫度的升高，位錯遷移加劇，加之強化相數(shù)量的減少也減弱了對位錯運動的阻礙，從而使晶粒更容易長大，如圖2（c）所示。當退火溫度為275℃時，型材組織中存在主要沿擠壓方向分布的少量細小再結(jié)晶晶粒如圖2（d）所示。當退火溫度達到325℃時，晶粒長大，如圖2（e）所示。因此，在225-325℃退火，發(fā)生完全再結(jié)晶。由圖2（f）可知，晶粒明顯長大。隨著退火溫度的升高，晶粒越來越大。

2.2退火溫度對力學性能的影響

不同退火溫度處理后5A06擠壓型材硬度變化如表2所示。隨著退火溫度的升高，5A06擠壓型材維氏的硬度呈降低趨勢，當退火溫度為175℃時，型材硬度降低明顯;當退火溫度升高至225℃時，型材硬度降低較少;當退火溫度達到325℃時，型材硬度降低較明顯;當退火溫度高于325℃時，型材硬度趨于穩(wěn)定。

退火溫度的升高會顯著影響型材的位錯密度、再結(jié)晶晶粒數(shù)量和消除品格畸變，而位錯密度和再結(jié)晶晶粒數(shù)量均為影響合金力學性能的關(guān)鍵因素。所以退火溫度對合金力學性能的影響非常明顯。退火溫度低于225℃，型材發(fā)生了回復，該過程主要以空位或間隙原子等點缺陷運動為主，但力學性能對缺陷變化的敏感度不高，因此，硬度變化不大。在225-325℃退火，硬度發(fā)生較大變化，型材內(nèi)部大部分位錯都獲得足夠能量從而發(fā)生移動，脫離強化相粒子釘扎和高位錯密度的相互纏結(jié)，使擠壓型材畸變狀態(tài)迅速消失，此時發(fā)生完全再結(jié)晶。退火溫度高于325℃時，型材內(nèi)部已基本沒有儲能殘留，因此內(nèi)部組織與325℃退火時相比，除僅在晶粒尺寸、形貌方面變化外，硬度基本不變。

2.3 退火溫度對耐蝕性能的影響

2.3.1晶間腐蝕

圖3為5A06擠壓型材晶間腐蝕的顯微組織圖。由圖3可以看出，晶間腐蝕主要沿試樣位置向合金內(nèi)部擴展延伸。退火溫度為175℃的條件下，5A06擠壓型材的晶間腐蝕敏感性較大，最大腐蝕深度約0.40mm，晶間腐蝕級別達到5級。其次，在退火溫度為225T條件下，腐蝕最大深度達到0.24mm以上，晶間腐蝕級別為4級。在未退火及275℃退火條件下，腐蝕深度小于0.10mm，晶間腐蝕級別為3級。在其他退火溫度下并未出現(xiàn)明顯的晶間腐蝕現(xiàn)象。

2.3.2剝落腐蝕

表3為5A06擠壓型材的剝落腐蝕檢測結(jié)果。從表3中可以看出，未退火的5A06擠壓型材表面發(fā)生明顯的點蝕現(xiàn)象，剝落腐蝕級別為PB。型材經(jīng)過175℃x2h退火處理后，表面發(fā)生嚴重點蝕，出現(xiàn)皰疤、爆皮，并輕微深入型材表面，級別為PC，表明此退火溫度下的抗剝落腐蝕性能較差。隨著退火溫度的提高，抗剝落腐蝕性能有所改善，225，275，325和375℃退火后型材表面只呈現(xiàn)輕微的點蝕，剝落腐蝕級別為PA。當退火溫度提高到425-475℃時，5A06擠壓型材表面又出現(xiàn)了明顯點蝕，剝落腐蝕級別為PB。

綜合晶間腐蝕檢測結(jié)果可知：5A06擠壓型材進行175℃退火處理后，晶間腐蝕及剝落腐蝕較嚴重，耐蝕性最差;在225-325℃退火，隨著退火溫度的升高，晶間腐蝕越來越弱，325℃退火時未出現(xiàn)晶間腐蝕，剝落腐蝕只呈現(xiàn)輕微的點蝕，耐蝕性有所改善;未退火和在375-475℃退火后，晶間腐蝕不明顯，但剝落腐蝕出現(xiàn)明顯的點蝕，說明耐蝕性變差。

3結(jié)論

（1）在低于225℃退火處理后，5A06擠壓型材顯微組織主要經(jīng)歷了低溫回復階段，組織中存在少量細小再結(jié)晶晶粒，退火溫度為225-325℃，經(jīng)歷了再結(jié)晶階段，當退火溫度高于325℃，晶粒呈明顯長大趨勢，即經(jīng)歷了晶粒長大階段。

（2）硬度隨退火溫度升高呈下降趨勢，在225-325℃退火，硬度變化較明顯，退火溫度高于325℃時，硬度逐漸平穩(wěn)。

（3）當退火溫度為175℃時，5A06擠壓型材的晶間腐蝕敏感性較大，晶間腐蝕深度較深，合金表面發(fā)生嚴重點蝕，出現(xiàn)皰疤、爆皮，并輕微深入試樣表面，抗剝落腐蝕性能不佳;在未退火及退火溫度為225和275℃條件下，也產(chǎn)生了明顯的晶間腐蝕，其他退火溫度條件下，并無明顯晶間腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，剝落腐蝕只呈現(xiàn)輕微的點蝕。溫度高于325℃時，剝落腐蝕出現(xiàn)明顯的點蝕。

（4）結(jié)合5A06擠壓型材組織和性能研究，確定其退火溫度為225-325℃。