6082铝合金热处理工艺参数pdf下载

来源:热处理工艺问答作者:袁凤松

6082铝合金热处理工艺参数的研究 邹永恒 ,陶  虹 ,徐国明 ,李永佳 ,朱浩峰   (上海汇众汽车制造有限公司 ,上海  200122) 摘要 :研究了 6082铝合金热处理工艺参数对其力学性能的影响。结果表明 , 6082合金的过烧敏感温度为 590 ;对于 <50 mm合金挤压棒坯经 (530~570) (1. 25~6) h固溶处理后综合性能较佳 ,随着时效温度的升 高 ,时效强化的速度愈快 ,达到最大强化效果所需的时间越短。冷却时的水温应控制在 50 以下 ,且固溶水冷后 时效的延迟时间应控制在 3 h之内或 48 h之后 ,该合金才能获得良好的时效强化效果。 关键词 : 6082铝合金 ;热处理工艺参数 ;力学性能 中图分类号 : TG146. 2; TG156. 92; TG156. 94  文献标识码 : A  文章编号 : 025426051( 2007) 10 20071206 Research on Hea t Trea tm en t Param eters of 6082 A lum inum A lloy ZOU Yong2heng, TAO Hong, XU Guo2m ing, L I Yong2jia, ZHU Hao2feng ( Shanghai Huizhong Automotive Manufacturing Co. , L td. , Shanghai 200122, China) Abstract: The effects of heat treatment parameters on mechanical p roperties of 6082 alum inum alloy were studied. The results indicate that the superburning sensitive temperature of 6082 alloy is 590 . The <50 mm extrusion bar of the al2 loy has better mechanical p ropertieswhen solution treated at 530~570 for 1125~6 h. W ith the increase of aging tem2 perature, the aging strengthening speed becomes faster, the time to reach the maximal strengthening effect is shorter. In addition, the p roper water cooling temperature is below 50 , and the time of delay aging after solution should be in 3 h or over 48 h. Key words: 6082 alum inum alloy; heat treatment parameter; mechanical p roperties 作者简介 :邹永恒 (1964. 06—) ,男 ,江西临川人 ,高级工程师 , 主要从事铝合金塑性加工及热处理工艺的研究。联系电话 : 02125820118822926, 13694728559 E2mail: yonghengzou @ shac. com. cn 收稿日期 : 2007205229   随着世界能源的日趋紧张 ,汽车轻量化是世界汽 车工业共同努力的目标。提高铝合金在汽车制造中的 用量是新型汽车发展的必然趋势 ,铝合金锻件用量随 着新型中、高档汽车的推出在不断提高。目前用于锻 件生产的铝合金材料中 , 6082铝合金已占有一席之 地。6082铝合金材料是我国近期按照国际标准所确 定的铝合金牌号 [ 1 ]。该材料最早是由美国建标的 ,我 国对其鲜有研究 ,所能参考的资料也较为贫乏。为此 , 做好该材料热处理参数的试验研究 ,成为保证锻件产 品质量、保证顺利生产的重要任务。 1 试验材料和方法   6082铝合金是 A l2Mg2Si系铝合金 ,其主要化学成 分 (质量分数 , % ) 为 017 ~ 113Si、 0150Fe、 0110Cu、0140 ~ 110Mn、016 ~ 112Mg、 0125Cr、 0120Zn、011Ti,其他杂质 :单个 0105,合计 0115、 余量 A l[ 1 ]。根据其主要成分及文献 [ 1 ]中 Si、Mg、Mn、 Cu对铝合金平衡相的影响 ,分析得出 6082铝合金过 烧温度在 580~620 范围内。   采用 <50 mm合金挤压棒坯 ,在 SX228型试验电 炉中固溶 ,固溶温度在 490~620 范围 ,时间为 015 ~7 h;在 FB21型干燥箱内时效 ,时效温度范围为 155~190 ,时效时间为 2~50 h;自制淬火水箱 ,温度范围为 10~70 。2 试验结果及分析  依据文献 [ 1 ] , 6082铝合金热处理过程为固溶 —人工时效 ,模锻件的工艺要求为 :固溶温度 530 ,加热后淬火 (水温为 20 ) ,然后时效 ,时效温度为 170~180 ,保温时间 8~10 h。为系统地研究 6082材料 ,分别就固溶和人工时效的加热温度、保温时间以及固溶加热后水冷时的水温、固溶处理后至时效的延迟时间等 ,对材料力学性能的影响进行了研究。211 固溶处理温度对力学性能的影响根据文献 [ 1 ]确定试验方案 : <50 mm的棒坯 ,固溶加热采用不同的温度 ,时间 2 h;固溶处理后 ,及时在175 10 h时效。其试验结果如图 2~4所示。  由图 1可知 ,抗拉强度和屈服强度随温度的变化特征是两条双峰线 ,伸长率则是一波浪线 ,并逐波下降。在 530 以下 ,随着固溶温度的升高强度不断提高 ,伸长率则不断下降。但在 530~590 区间 ,强度出现了两条马鞍形曲线段 , 530~570 是两近似于平 稳的平顶峰线 ,而在 570~590 ,强度出现了下降后 快速上升的过程 ; 530~570 之间 ,伸长率也是一段 较为平坦的波浪线 , 570~590 ,伸长率开始下降。 在 590 以上 ,强度和伸长率均呈现快速下降的现象。 从图 2可见 ,经 530 2 h固溶时效后 , 6082试 17《金属热处理 》2007年第 32卷第 10期 图 1 不同固溶温度对力学性能的影响 (175 10 h时效 ) Fig11 Effect of solution temperature on mechanical p roperties of the test alloy ( aged at 175 for 10 h) 验合金的晶粒均匀、细小 ;而经 590 2 h和 600 2 h固溶、时效状态下 ,晶粒明显长大 ;经 620 2 h固溶时效后 ,试验合金的晶粒已十分粗大 ,并出现晶 界复熔、三角晶界的情况。   由图 3可见 ,固溶温度从 490 上升 620 ,试 样的显微组织的变化十分明显。图 3a中 , 490 固 溶时 ,试样显微组织中残留了较多未溶解的 M g2 Si化 合物 ,导致固溶体内强化相合金浓度很低 ,时效后基 体组织中析出的β相极少 ,时效强化效果极差 ,以致 最终使材料强度显著偏低、而塑性趋高。由此说明 , 此时的固溶加热温度过低。图 3b中 , 530 固溶 时 ,试样显微组织中 M g2 Si化合物基本溶解于基体组 织内 ,并在时效后 β相颗粒弥散析出 ,组织较均匀 , 试样综合力学性能良好。由此说明 ,此时固溶加热、 保温适当。图 3c中 , 590 固溶时 ,试样显微组织 中出现平直晶界和基体中β相呈粗大颗粒状。相对 在 530 时固溶的试样来讲 ,随着固溶加热温度提 高 ,促使 M g2 Si化合物溶解更充分 ,固溶体内合金化 程度得以提高 ,从而有利于固溶、时效后的试样强化 效果的提高 ;同时 ,因试件晶粒随着温度升高而逐渐 粗大 ,基体中β相颗粒也缓慢粗化 ,削弱了时效强化 效果 ,但对试件的塑性有着一定的促进作用 ;这两因 素在 530~570 之间基本形成一种平衡 ,所以使得 材料的强度和伸长率能够维持一种小幅度的波动。 然而 ,在 570~580 之间 ,这种平衡被打破 ,由于固 溶体内合金化程度已充分发挥 ,而晶粒和 β相颗粒 的粗化已更为明显 ,强化作用被削弱 ,对材料的塑性 也产生了负面影响。但在 580~590 之间 ,晶界又 出现了一些明显的变化 ,晶界虽平直 ,但β相颗粒在 晶界上明显堆积 ,对晶界上的位错运动产生较大的 阻力 ,从而产生较好的强化作用 ,对塑性却存在一定 的不良影响 ,以至强度得以提高 ,塑性小幅降低。据 此分析 ,试样已加热至过烧敏感温度。图 3d中 , 620 固溶时 ,试样显微组织中出现明显的晶粒粗化、三 角晶界、晶界复熔加粗和共晶复熔球现象。此时 ,材 料的强度和塑性也大大降低 ,说明试样已严重过烧。 并根据以上分析可得 , 6082材料的过烧敏感温度为 590 。在 530~570 范围内进行固溶 ,材料的综 合性能良好。 图 2 不同固溶温度对试验合金晶粒的影响 (175 10 h时效 ) Fig12 Effects of solution temperature on the grain of the test alloy ( aged at 175 for 10 h) ( a) 530 2 h  ( b) 590 2 h  ( c) 600 2 h  ( d) 620 2 h 27 《金属热处理 》2007年第 32卷第 10期 图 3 不同固溶温度对显微组织的影响 (175 10 h时效 ) Fig13 M icrostructures of the test alloy solution treated at different temperature (175 10 h aging) ( a) 490 2 h  ( b) 530 2 h  ( c) 590 2 h  ( d) 620 2 h 212 固溶加热保温时间对强度的影响 确定试验方案 :试件为 <50 mm棒坯 ,固溶加热温 度采用 530 ,时间不同 ,固溶并室温水冷后及时进行 175 10 h时效。经试验 ,并整理试验结果 ,如图 4、 5所示。 由图 4可知 , 530 固溶加热时间在 015~7 h内 , 抗拉强度和屈服强度随加热时间开始时快速上升 ,然 后缓慢提高 ,再快速下降。而伸长率曲线则是一盆形 曲线 ,开始时快速下降 ,后出现小幅的波浪起伏 ,再出 现快速上升的情况。 而图 5显示 , 6082铝合金在 530 固溶加热 015 ~7 h时间内 ,试样的显微组织的变化十分明显。由 图 5a可知 ,在 530 固溶加热 015 h时 ,时效后的试 样显微组织显示 Mg2 Si未得到充分溶解 ,显微组织中 可见较多粗大的残留化合物 ,基体内弥散析出的β相 颗粒较少 ,从而导致强度偏低 ,塑性趋高。由图 5b可 知 ,在 530 固溶加热 2 h时 ,时效后的试样显微组织 显示固溶加热、保温适当 , Mg2 Si基本溶解 ,并在时效 后弥散析出 ,组织均匀 ,以至试件的综合力学性能良 好。由图 5c可知 ,在 530 固溶加热 5 h时 ,时效后 的试样显微组织显示固溶加热时间略长 ,晶粒稍大 ,但 促进了 Mg2 Si更充分溶解 ,固溶体内合金化程度比较 高 ,时效后基体内β相颗粒弥散析出 ,从而使时效后 的综合性能与 530 加热 2 h固溶时的效果比较 ,有 着小幅提高。由图 5d可知 ,在 530 固溶加热 7 h 时 ,时效后的试样显微组织显示固溶加热时间过长 ,出 现局部加粗的平直晶界和基体 β相颗粒粗大。而此 时试件的强度明显下降 ,塑性明显提高。 以上分析表明 ,对于 <50 mm棒坯 ,其固溶加热时 间在 1125~6 h内 ,材料的综合性能较佳 ,并且随着加 图 4 不同固溶保温时间对试验合金力学性能的影响 (530 固溶 , 175 10 h时效 ) Fig14 Effect of solution holding time on mechanical p roperties of the test alloy (530 solution, 175 10 h aging ) 热时间延长 ,强度会小幅提高。加热时间超过 6 h后 , 材料的强度有明显的降低趋势 ,而塑性明显增大。 213 时效温度和时间对力学性能的影响 根据以上试验结果 ,确定 6082铝合金固溶处理工 艺 : 530 2 h,及时采用不同工艺进行时效。   由图 6可知 ,试验时 ,时效温度和时间分别在 155 ~190 和 2~50 h范围内调整 ,力学性能的变化较为 显著。在一定的时效温度下 ,抗拉强度和屈服强度随 37《金属热处理 》2007年第 32卷第 10期 着时效时间的延长 ,在初始阶段出现快速提高的现象 ; 而且随着时效温度的升高 ,时效强化的速度愈快 ,达到 最大强化效果所需的时间越短 ,但最终强化的效果却 越来越低 ;但伸长率则随着时效时间的延长 ,在初始阶 段出现快速下降 ,并随着时效温度的升高 ,下降速度愈 快。同时 ,随着时效温度的升高 ,达到最大强化效果后 , 出现软化现象所需要的时间越短 ,软化现象越明显 ,并 随着时效时间的进一步延长 ,软化现象逐渐趋缓。 图 5 不同固溶保温时间对试验合金显微组织的影响 (530 固溶 , 175 10 h时效 ) ( a) 固溶 015 h  ( b) 固溶 2 h  ( c) 固溶 5 h  ( d) 固溶 7 h Fig15 Effects of solution holding time on m icrostructures of the test alloy (530 solution, 175 10 h aging ) ( a) solution for 015 h  ( b) solution for 2 h  ( c) solution for 5 h  ( d) solution for 7 h 图 6 不同时效时间对试验合金力学性能的影响 (530 2 h固溶 ) Fig16 Effects of aging time on mechanical p roperties of the test alloy (530 2 h solution )   从图 7可见 , 530 2 h固溶处理 ,经 175 (2~50) h时效 ,试样的显微组织变化十分明显 (见图 8a~d) ;而在 190 (4~6) h时效 ,其显微组织的 变化就十分明显 (见图 8e、f)。图 7a中 ,试验合金经 175 2 h时效后组织为固溶淬火状态的过饱和固 溶体及少量弥散析出的β相颗粒。表明时效时间短 , β相析出很不充分 ,对位错运动的阻力很弱 ,因此 ,其 强度很低 ,而伸长率很高。图 7b中 , 175 10 h时 效后试样组织中存在大量的弥散析出的 β相颗粒。 由于大量弥散析出的β相颗粒 ,对位错运动的阻力很 强 ,此时时效强化效果良好 ,综合性能良好。图 7c、d 中 ,试验合金分别进行 175 25 h和 50 h时效后 , 试样组织中均存在大量β相颗粒 ,但其颗粒出现了聚 集长大。并且时效时间越长 ,β相颗粒越粗大。由于 β相颗粒粗大 ,对位错运动的阻碍能力被削弱 ,因而 , 时效强化效果随时效时间增长而降低越严重 ,强度不 断下降 ,伸长率不断提高 ,此时出现了“过时效 ”的软 化现象。图 7e、f中 ,试验合金在 190 分别进行 4 h 和 6 h时效 ,试样组织中存在大量粗大的 β相颗粒。 但β相颗粒粗大 ,对位错运动的阻力被削弱 ,此时时 47 《金属热处理 》2007年第 32卷第 10期 图 7 不同时效时间对试验合金显微组织的影响 (530 2 h固溶 ) ( a) 175 2 h时效  ( b) 175 10 h时效  ( c) 175 25 h时效  ( d) 175 50 h时效  ( e) 190 4 h时效  ( f) 190 6 h时效 Fig17 Effects of aging time on m icrostructure of the test alloy (530 2 h solution) ( a) 175 2 h aging  ( b) 175 10 h aging  ( c) 175 25 h aging  ( d) 175 50 h aging  ( e) 190 4 h aging  ( f) 190 6 h aging 效强化效果较差 ,强度较低 ,而伸长率则相应较高。 以上显微组织的变化 ,充分证实了图 6中强度及 伸长率的变化趋势。而且随着时效温度的升高 ,时效 强化的速度愈快 ,达到最大强化效果所需的时间越短 , 最终强化的效果越来越低 ;在达到最大强化效果后 ,出 现软化现象需要的时间越短 ,软化现象越明显 ;随着时 效时间的延长 ,软化现象逐渐趋缓。 214 固溶处理时水冷温度对力学性能的影响 根据以上试验结果 ,确定试验方案 : <50 mm的棒 坯经 530 2 h固溶后采用不同的水温进行冷却 ,然 后及时进行 175 10 h时效。经试验 ,并整理试验 结果 ,如图 8、9所示。 图 8 固溶处理时不同冷却水温对试验合金力学性能的影响 Fig18 Effects of water temperature during cooling on mechanical p roperty of the test alloy 从图 8中可见 ,随着固溶冷却水温的升高 ,强度缓 慢下降 ,至 50 后 ,强度随冷却水温升高而下降的速 度加快 ;而伸长率与强度相反 ,随着冷却水温的升高 , 伸长率缓慢提高 ,至 50 后 ,伸长率随温度升高而提 高的速度加快。   图 9是固溶处理冷却水温为 70 时试样的显微 组织。从图 9中可见较多的合金化合物 Mg2 Si未溶入 基体中 ,因而其时效后的强化效果被减弱 ,强度较低 , 而伸长率较高。图 9的显微组织形貌印证了图 8的变 化趋势 ,据此 ,冷却时的水温应控制在 50 以下 ,才能 获得良好的时效强化效果。 图 9 固溶处理冷却水温为 70 时试验合金的显微组织 Fig19 M icrostructure of the test alloy solution treated then cooled at the 70 water 215 固溶处理后时效延迟时间对力学性能的影响 根据以上试验结果 ,确定试验方案 : <50的棒坯 530 2 h固溶加热、经室温水冷 ,再经不同的延迟 时间后 ,按 175 10 h时效。经试验 ,并整理试验结 57《金属热处理 》2007年第 32卷第 10期 果 ,得图 10、11。 从图 10中可见 ,固溶水冷后时效的延迟时间对力 学性能的影响较大 ,力学性能特征表现为 3条马鞍形 曲线 ,显示在延迟 3~48 h之间 ,材料的综合性能出现 明显下降后逐步上升的现象 ,尤其是在 24 h左右 ,材 料的强度降低非常明显。图 11是固溶水冷后延迟 24 h时效的试样显微组织。图 11中显示出较多粗大的 合金化合物 Mg2 Si,基体中析出的β相也较粗大 ,以致 材料的强化效果明显降低。其原因是在延迟 3 h以 后 ,在材料基体内开始了时效的“育孕期 ”,并逐渐形 成预脱溶的偏聚区 (即 GP区 ) ,尔后逐渐析出亚稳定 的β′相 ,在足够时间以后 ,逐渐演变成稳定的β相 [ 2 ]。 据资料介绍 ,在固溶后 15 h内 , A l2Mg2Si系铝合金自 然时效强化速度快 ,其亚稳定的β′相已逐渐析出 ,并 在其后 4~5天强度才达到最高值 [ 2 ]。因而在延迟 3 ~48 h内 ,材料内部正处于时效强化“育孕期 ”和亚稳 定的β′相析出期 ;并且 , 15 h后 ,稳定的β相演变也在 进行初期。在这段时间时进行人工时效 ,必然利用其 育孕坯、亚稳定的β′相颗粒和晶界上未溶杂质颗粒为 核 ,形成粗大的稳定β相颗粒 ,从而削弱了β相的强 化作用。然而随着延迟时间进一步加长 ,利用其育孕 坯和亚稳定的β′相为核形成粗大的稳定β相的能力 越弱 ,对时效强化效果的负面影响也就越小。 图 10 固溶后时效延迟时间对试验合金力学性能的影响 Fig110 Effects of delay aging time between solution and aging on mechanical p roperties of the test alloy 图 11 固溶后延迟 24 h时效的试验合金样显微组织 Fig111 M icrostructure of of the test alloy aged in 24 h gap between solution and aging   因而 ,固溶后时效的延迟时间应控制在 3 h之内 或 48 h之后。 3 实际应用情况   在进行这项研究之前 ,生产实践中 , 6082铝合金 锻造后热处理均采用 530 2 h固溶处理 + 170 8 h时效的工艺方案 [ 1 ] ,然而 ,力学性能与技术要求 较为接近 ,偶尔出现不合格的情况。但采用本研究成 果以后 ,提高了固溶温度、降低了时效温度 ,为确保产 品合格交付 ,取得良好的效果。 4 结论    (1) 6082合金的过烧敏感温度为 590 ,并在低 于该温度 20~60 (即 530~570 )范围内进行固 溶 ,材料的综合性能良好。 (2) 对于 <50 mm 挤压棒坯 ,固溶加热时间在 1125~6 h内 ,材料的综合性能较佳 ,并且随着加热 时间延长 ,强度会小幅提高。加热时间超过 6 h后 , 材料的强度有明显的降低趋势 ,而塑性出现明显的 提高。 (3) 随着时效温度的升高 ,时效强化的速度愈快 , 达到最大强化效果所需的时间越短 ,最终强化的效果 越来越低 ;在达到最大强化效果后 ,出现软化现象需要 的时间越短 ,软化现象越明显 ;随着时效时间的进一步 延长 ,软化现象逐渐趋缓。 (4) 固溶时的冷却水温应控制在 50 以下 ,才能 获得良好的时效强化效果。 (5) 固溶后时效的延迟时间应控制在 3 h之内或 48 h之后。 参考文献 : [ 1 ] 张世林 ,任颂赞 .简明铝合金手册 [M ]. 上海 :上海科学技 术文献出版社 , 2000: 17220, 3362349. [ 2 ] 黄伯云 ,李成功 ,石力开 ,等. 中国材料工程大典有色金属 材料工程 [M ]. 北京 :化学工业出版社 , 2006: 38241. [ 3 ] 樊东黎 ,潘健生 ,徐跃明 ,佟晓辉. 中国材料工程大典材料 热处理工程 [M ]. 北京 :化学工业出版社 , 2006: 6222630. [ 4 ] 中国机械工程学会热处理学会《热处理手册 》编委会. 热 处理手册 [M ]. 北京 :机械工业出版社 , 2005: 4662476. [ 5 ] 有色金属及热处理编写组. 有色金属及其热处理 [M ]. 北 京 :国防工业出版社 , 1981. [ 6 ] 上海市机械工程学会热一分会. 国外热处理 —有色金属 热处理 [M ]. 上海 :上海科学技术文献出版社 , 1982. [ 7 ] МеталловедениеалюминияиегосплавовСправочник М. Металургия, 1983 [ 8 ] 科瓦索夫 ФИ,弗里续良捷尔 ИН. 工业铝合金 [M ]. 韩 秉诚 ,译. 北京 :冶金工业出版社 , 1981. 67 《金属热处理 》2007年第 32卷第 10期