6082鋁合金的淬火特性及微觀組織

楊楊

【摘? 要】6082鋁合金屬于合金鋁板，經(jīng)過熱處理之后，其性能會被強(qiáng)化，強(qiáng)度能夠達(dá)到中等程度，同時(shí)耐腐蝕性與焊接性能都比較好，主要可被應(yīng)用到結(jié)構(gòu)工程與交通運(yùn)輸環(huán)節(jié)中。冶煉這種鋁合金板材時(shí)，可選用凈化與鑄造、熔煉工藝技術(shù)。本文結(jié)合6082鋁合金材料的特點(diǎn)，對其微觀組織與淬火特性展開研究，主要選用中斷與末端淬火兩種方法，確定與該鋁合金材料的相關(guān)研究結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】6082鋁合金；淬火特性；微觀組織；工藝技術(shù)

6082鋁合金除了能夠被運(yùn)用到大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，還可被當(dāng)做軌道、汽車與船舶等交通零件的主要材料，經(jīng)過人工時(shí)效、淬火與固溶環(huán)節(jié)可以使合金材料獲取極好的力學(xué)性能。力學(xué)性能會受到來自于淬火速率的影響。因此在淬火加工環(huán)節(jié)中，可提升冷卻速率，以此來控制相應(yīng)的析出相過多生成，另外還能夠改善加工期間的材料扭曲變形的情況。本文以6082鋁合金材料為研究對象，對其具有的微觀組織與淬火特性展開研究。

1 實(shí)驗(yàn)方案

加工6082鋁合金時(shí)必須設(shè)定科學(xué)的淬火速率，以此保障力學(xué)性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還能控制材料的殘余應(yīng)力。在這一系列的合金材料中，其應(yīng)對低溫、中溫與高溫這3個(gè)存在差異的溫度區(qū)間時(shí)，展示出的淬火敏感性不同，因此可知應(yīng)用的淬火方法會給最終形成的淬火特性造成實(shí)質(zhì)的影響。

該鋁合金材料中有Al、Ti、Mn、Zn、Fe、Cu、Si與Mg。進(jìn)行末端淬火試樣研究時(shí)，需要考慮到設(shè)置一維傳熱模式的使用需求，直徑與長度的比值應(yīng)當(dāng)超過2。為了能夠從特定點(diǎn)處獲取冷卻曲線，可在試棒中心部位安裝熱電偶，固溶溫度被設(shè)定為540℃，淬火加工時(shí)間是2h，完成前期淬火處理工作后，需調(diào)整溫度，使溫度變?yōu)?80℃，開展時(shí)間長達(dá)6h的人工時(shí)效。

對淬火試樣進(jìn)行中斷處理時(shí)，可順延擠壓方向，將原有試樣切割成正方形塊，尺寸為20mm*20mm*4mm?？紤]到試樣的尺寸相對比較小，在540℃的溫度條件下，進(jìn)行1h的固溶活動，分別將試樣投放到250℃、350℃與490℃的鹽熔爐中，實(shí)施保溫處理工作，設(shè)定的保溫時(shí)間也存有差異，轉(zhuǎn)移試樣的時(shí)間不能超過5s，高溫條件下保溫時(shí)間為10min，低溫條件下保溫時(shí)間為60min，中溫條件下的保溫時(shí)間是10min。完成保溫工作之后，應(yīng)當(dāng)調(diào)整至室溫水平，展開水淬處理工作。繼續(xù)改變溫度條件，使溫度達(dá)到180℃，完成6h的人工時(shí)效工作之后，可繼續(xù)后續(xù)的硬度測試。檢測試樣進(jìn)行時(shí)效處理之后硬度數(shù)值，設(shè)置加速電壓為220kV，對微觀組織進(jìn)行透視時(shí)需要使用專用的透射電鏡。

2微觀組織分析

2.1 末端淬火

圖1是6082鋁合金末端淬火時(shí)效態(tài)晶界處TEM組織，圖1a為合金距淬火端5mm位置即冷卻速率最大處，晶界上有少量細(xì)小的淬火析出相，斷開呈鏈狀分布，晶界無沉淀析出帶(PFZ)窄小，約100nm；距淬火端20mm即冷卻速率中等時(shí)，析出相不斷聚集長大，但仍呈不連續(xù)分布，且PFZ明顯寬化，如圖1b所示；圖1c中，距淬火端60mm即淬火冷卻速率較小處，晶界淬火析出相尺寸有所增加，分布不連續(xù)，且無沉淀析出帶寬度達(dá)420nm左右，圖中顯示的粗大平衡相上可以看到其核心存在明顯的黑色球狀相。由于鄰近晶界的區(qū)域缺乏空位，而且不易形核，這些無沉淀區(qū)貌似溶質(zhì)貧乏區(qū)。TEM組織表明，在緩慢冷卻過程中，少量相優(yōu)先在晶界附近形核析出。通常認(rèn)為，晶界是高能區(qū)域，形核激活能低是第二相形核的優(yōu)先位置。當(dāng)合金溫度下降非?？鞎r(shí)，第二相來不及在晶界上形核，PFZ無沉淀帶寬度較小；當(dāng)合金溫度下降緩慢，第二相有足夠時(shí)間形核長大，則會導(dǎo)致PFZ寬化。由此可見，時(shí)效過程中，隨著淬火冷卻速率的下降，晶界能量較高和異質(zhì)相的存在，會更容易導(dǎo)致析出相形核長大和無沉淀析出帶寬度的增加。

圖1 6082鋁合金末端淬火時(shí)效態(tài)晶界處TEM組織

晶內(nèi)有大量的彌散強(qiáng)化相。距淬火端5mm處，晶內(nèi)組織細(xì)小均勻，具有很好的強(qiáng)化作用。距淬火端60mm處組織，彌散析出相有一定程度的長人，出現(xiàn)短棒狀的析出相，且沿一定方位排列。由于淬火析出相的析出和繼續(xù)長大消耗了大量的溶質(zhì)原子，使得合金在后續(xù)時(shí)效過程中，靠近淬火析出相的區(qū)域沒有時(shí)效析出相，取而代之形成了一定寬度的無析出帶。

2.2 中斷淬火

圖2是6082鋁合金中斷淬火時(shí)效后典型TEM組織照片，從圖2a中可以看到，6082鋁合金在250。C保溫10min后，基體中細(xì)小彌散時(shí)效強(qiáng)化過渡相和淬火粗人平衡相共存；圖2c是6082鋁合金在高溫490℃保溫60min時(shí)效后的微觀組織圖，從圖中可以看到，雖然合金在490℃保溫了60min，但是時(shí)效后仍然析大量的強(qiáng)化β相，尺寸在幾十納米，也有長大到200nm左右的棒狀β相，同時(shí)，還可以看到合金內(nèi)部有一些彌散分布，尺寸大概在100nm的球狀顆粒獨(dú)立存在，在顆粒上并沒有平衡相的析出。結(jié)合微觀組織圖和時(shí)效后合金硬度性能，說明合金在高溫保溫過程中并沒有大量析出平衡相，保證了淬火后高飽和的固溶體，能在后續(xù)時(shí)效過程中析出大量強(qiáng)化β相；圖2b是合金在TTP曲線鼻尖溫度350℃保溫10min的透射組織圖，合金中析出相已全部是片狀β平衡相，大部分都依附球狀顆粒，尺寸在200nm-1m不等。

圖2 6082鋁合金中斷淬火時(shí)效后典型TEM組織照片

合金材料進(jìn)入到溫度為350℃的中溫區(qū)時(shí)，能夠形成相變驅(qū)動力，此時(shí)的溫度又比較高，溶質(zhì)原子能夠維持相對比較快的擴(kuò)散速率，在中溫區(qū)間進(jìn)行脫溶活動時(shí)，可達(dá)到最大數(shù)值，脫溶析出一定的β平衡相之后，基體中的溶質(zhì)原子的實(shí)際含量會出現(xiàn)降低的情況，過飽和度也隨之降低，時(shí)效強(qiáng)化效果也因此被削弱，時(shí)效處理后，硬度降低的同時(shí)，下降速度偏快。就6082合金材料而言，在鹽浴保溫與末端淬火環(huán)節(jié)中，提前析出平衡相，其主要依附對象是富鐵性相粒子。

3 結(jié)束語

根據(jù)本次關(guān)于6082鋁合金的研究結(jié)果，可獲取以下結(jié)論，形成末端淬火條件后，材料淬透深度是15-20mm，淬火速度為20℃/s，無沉淀析出帶呈現(xiàn)出窄小的狀態(tài)，實(shí)際硬度也比較高。當(dāng)冷卻速率減少到3℃/s，淬火期間，平衡β相可析出，無沉淀型析會形成寬化變動趨勢，合金硬度也隨之降低，合金材料可呈現(xiàn)出明顯的淬火敏感性。中斷淬火保溫期間，淬火析出相的數(shù)量比較多，溶質(zhì)原的消耗量也在增加，析出的時(shí)效強(qiáng)化相的數(shù)量也因此而增多，淬火敏感度高，硬度降低。

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