6082铝合金的淬火特性及微观组织

杨杨

【摘  要】6082铝合金属于合金铝板，经过热处理之后，其性能会被强化，强度能够达到中等程度，同时耐腐蚀性与焊接性能都比较好，主要可被应用到结构工程与交通运输环节中。冶炼这种铝合金板材时，可选用净化与铸造、熔炼工艺技术。本文结合6082铝合金材料的特点，对其微观组织与淬火特性展开研究，主要选用中断与末端淬火两种方法，确定与该铝合金材料的相关研究结论。

【关键词】6082铝合金；淬火特性；微观组织；工艺技术

6082铝合金除了能够被运用到大型结构系统中，还可被当做轨道、汽车与船舶等交通零件的主要材料，经过人工时效、淬火与固溶环节可以使合金材料获取极好的力学性能。力学性能会受到来自于淬火速率的影响。因此在淬火加工环节中，可提升冷却速率，以此来控制相应的析出相过多生成，另外还能够改善加工期间的材料扭曲变形的情况。本文以6082铝合金材料为研究对象，对其具有的微观组织与淬火特性展开研究。

1 实验方案

加工6082铝合金时必须设定科学的淬火速率，以此保障力学性能达到标准，同时还能控制材料的残余应力。在这一系列的合金材料中，其应对低温、中温与高温这3个存在差异的温度区间时，展示出的淬火敏感性不同，因此可知应用的淬火方法会给最终形成的淬火特性造成实质的影响。

该铝合金材料中有Al、Ti、Mn、Zn、Fe、Cu、Si与Mg。进行末端淬火试样研究时，需要考虑到设置一维传热模式的使用需求，直径与长度的比值应当超过2。为了能够从特定点处获取冷却曲线，可在试棒中心部位安装热电偶，固溶温度被设定为540℃，淬火加工时间是2h，完成前期淬火处理工作后，需调整温度，使温度变为180℃，开展时间长达6h的人工时效。

对淬火试样进行中断处理时，可顺延挤压方向，将原有试样切割成正方形块，尺寸为20mm*20mm*4mm。考虑到试样的尺寸相对比较小，在540℃的温度条件下，进行1h的固溶活动，分别将试样投放到250℃、350℃与490℃的盐熔炉中，实施保温处理工作，设定的保温时间也存有差异，转移试样的时间不能超过5s，高温条件下保温时间为10min，低温条件下保温时间为60min，中温条件下的保温时间是10min。完成保温工作之后，应当调整至室温水平，展开水淬处理工作。继续改变温度条件，使温度达到180℃，完成6h的人工时效工作之后，可继续后续的硬度测试。检测试样进行时效处理之后硬度数值，设置加速电压为220kV，对微观组织进行透视时需要使用专用的透射电镜。

2微观组织分析

2.1 末端淬火

图1是6082铝合金末端淬火时效态晶界处TEM组织，图1a为合金距淬火端5mm位置即冷却速率最大处，晶界上有少量细小的淬火析出相，断开呈链状分布，晶界无沉淀析出带(PFZ)窄小，约100nm；距淬火端20mm即冷却速率中等时，析出相不断聚集长大，但仍呈不连续分布，且PFZ明显宽化，如图1b所示；图1c中，距淬火端60mm即淬火冷却速率较小处，晶界淬火析出相尺寸有所增加，分布不连续，且无沉淀析出带宽度达420nm左右，图中显示的粗大平衡相上可以看到其核心存在明显的黑色球状相。由于邻近晶界的区域缺乏空位，而且不易形核，这些无沉淀区貌似溶质贫乏区。TEM组织表明，在缓慢冷却过程中，少量相优先在晶界附近形核析出。通常认为，晶界是高能区域，形核激活能低是第二相形核的优先位置。当合金温度下降非常快时，第二相来不及在晶界上形核，PFZ无沉淀带宽度较小；当合金温度下降缓慢，第二相有足够时间形核长大，则会导致PFZ宽化。由此可见，时效过程中，随着淬火冷却速率的下降，晶界能量较高和异质相的存在，会更容易导致析出相形核长大和无沉淀析出带宽度的增加。

图1 6082铝合金末端淬火时效态晶界处TEM组织

晶内有大量的弥散强化相。距淬火端5mm处，晶内组织细小均匀，具有很好的强化作用。距淬火端60mm处组织，弥散析出相有一定程度的长人，出现短棒状的析出相，且沿一定方位排列。由于淬火析出相的析出和继续长大消耗了大量的溶质原子，使得合金在后续时效过程中，靠近淬火析出相的区域没有时效析出相，取而代之形成了一定宽度的无析出带。

2.2 中断淬火

图2是6082铝合金中断淬火时效后典型TEM组织照片，从图2a中可以看到，6082铝合金在250。C保温10min后，基体中细小弥散时效强化过渡相和淬火粗人平衡相共存；图2c是6082铝合金在高温490℃保温60min时效后的微观组织图，从图中可以看到，虽然合金在490℃保温了60min，但是时效后仍然析大量的强化β相，尺寸在几十纳米，也有长大到200nm左右的棒状β相，同时，还可以看到合金内部有一些弥散分布，尺寸大概在100nm的球状颗粒独立存在，在颗粒上并没有平衡相的析出。结合微观组织图和时效后合金硬度性能，说明合金在高温保温过程中并没有大量析出平衡相，保证了淬火后高饱和的固溶体，能在后续时效过程中析出大量强化β相；图2b是合金在TTP曲线鼻尖温度350℃保温10min的透射组织图，合金中析出相已全部是片状β平衡相，大部分都依附球状颗粒，尺寸在200nm-1m不等。

图2 6082铝合金中断淬火时效后典型TEM组织照片

合金材料进入到温度为350℃的中温区时，能够形成相变驱动力，此时的温度又比较高，溶质原子能够维持相对比较快的扩散速率，在中温区间进行脱溶活动时，可达到最大数值，脱溶析出一定的β平衡相之后，基体中的溶质原子的实际含量会出现降低的情况，过饱和度也随之降低，时效强化效果也因此被削弱，时效处理后，硬度降低的同时，下降速度偏快。就6082合金材料而言，在盐浴保温与末端淬火环节中，提前析出平衡相，其主要依附对象是富铁性相粒子。

3 结束语

根据本次关于6082铝合金的研究结果，可获取以下结论，形成末端淬火条件后，材料淬透深度是15-20mm，淬火速度為20℃/s，无沉淀析出带呈现出窄小的状态，实际硬度也比较高。当冷却速率减少到3℃/s，淬火期间，平衡β相可析出，无沉淀型析会形成宽化变动趋势，合金硬度也随之降低，合金材料可呈现出明显的淬火敏感性。中断淬火保温期间，淬火析出相的数量比较多，溶质原的消耗量也在增加，析出的时效强化相的数量也因此而增多，淬火敏感度高，硬度降低。

参考文献

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