向 耀，梁豪辉，周晶哲，李一峰，秦 简，张 海

（1.广东澳美铝业有限公司，广东 佛山 528137；2.苏大澳美轻金属研究院，广东 佛山 528137；3.苏州大学高性能金属结构材料研究院，江苏 苏州 215006）

挤压是铝的三大主要的生产加工方式之一，挤压速度的快慢直接和生产效率直接相关，提高挤压速度是工程技术人员不懈的追求。

在提高挤压速度的过程中受到了各种条件的制约，因挤压过程中由于铸锭表面与挤压筒有强烈的摩擦，使得外层多情的变形程度比中心区高几十倍，同时外层金属受到较大的剪切变形，晶粒破碎严重，使内能增高，再结晶温度降低。又因为在挤压过程的末期复杂的紊流状态。并且制品由前端向后端的变形程度越来越大，使得晶粒越往后越粗大。同时因为模具对材料表面强烈的摩擦产生大量的热能，并且变形剧烈，使铝合金表面发生动态再结晶，形成粗晶层。它能引起产品力学性能下降，抗疲劳性能下降。但关于挤压速率对挤压后变形组织和性能的影响的文章较少。

本文重点研究了在挤压过程中6082铝合金管格组织的演化过程，挤压速率对微观组织和机械性能的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用的合金棒的生产，采用工业纯铝（99.7%以上），加硅、镁、锰等中间合金，使用同水平热项铸造，铝棒直径178mm。

1.2 挤压

实验采用正向挤压，三分流孔设计，外径48mm，壁厚4mm，铝棒直径178mm，铝棒长度600mm挤压比44，压余长度20 mm，挤压机吨位1800吨，铝棒挤压温度：410℃，模具温度：405℃，时效工艺180℃/5小时。挤压速度为主缸的活塞速度，由6.5mm/s，7.0 mm/s 7.5mm/s，8.0 mm/s，8.5 mm/s，9.0mm/s，9.5 mm/s，10.0mm/s。在挤压出口处在线淬火，随后在180℃时效6小时。

1.3 力学性能测试和显微组织测试样品制取

分别在不同挤压速度的产品的头中尾取样，整支料长为24m，头尾锯除废料长度分别为：3m，1m。

显微组织样品取横截面样品镶样，避开焊合线位置，磨抛后进行显微组织、显微硬度等观察。

2 试验结果与分析

在此挤压过程中，变形速率对变形组织的影响如图1所示。从中可见在低变形速率时变形组织可明显的区分为粗晶层和内部细晶层。

如前文所述，粗晶层的厚度受变形速率的影响不大，这主要是粗晶层的变形原本就十分剧烈，变形速率虽然有增加但可忽略不计。

但变形速率对中间的细晶层有明显的影响，从图1中可知，在低变形速率时内部的细晶层包含着大量的等轴晶，其再结晶机制以连续动态再结晶为主。随变形量增加该区域逐渐出现异常长大的再结晶晶粒，并且随着变形速率增大其占比逐渐增多使原本的变形组织由连续动态再结晶组织逐渐转变为不连续再结晶组织。

如图1所示变形速率下的管材的不同变形位置的微观组织，从中可以看出随着挤压过程进行管材与模具摩擦造成的温升逐渐加剧，致使变形温度升高从而在细晶层内出现异常长大的再结晶晶粒，并在最后整体发生了再结晶。

图1 变形速率下的管材的不同变形位置的微观组织

在时效后管材的拉伸性能的测试过程中，我们发现随着挤压速度的逐步提升，头中尾的抗拉强度，曲服强度，延伸率都有一个降低到升高的过程，见图2。如前文所述挤压过程中变形速率的提高造成温度升高促使再结晶发生，降低了缺陷密度，减少了析出相的优先形核位置，因此性能逐渐降低。而随着变形速率增大造成的变形温度升高达到Mg2Si的溶解温度促使其固溶回铝基体中，增加管材在线淬火的过饱和程度，进而在后续时效过程中获得更高的性能，因而性能逐渐随变形速率增大到10mm/s时开始回升。

图3所示为从管材内侧的粗晶环开始测量直到外侧的粗晶环的微观维氏硬度，可见不同速率下的不同位置的微观硬度并无明显变化规律和趋势。虽然微观组织有明显的差别，但影响性能的主要为析出相Mg2Si，因此硬度变化并不规律。因而可以确定粗晶层对屈服强度和抗拉强度并无消极影响。

图2 不同速率力学性能变化趋势

图3 不同速率的微观硬度从内到外变化规律

3 结论

（1）挤压过程中表层形成的粗晶层是由于铝材与模具摩擦升温导致的动态再结晶形成的。

（2）在恒定变形速率情况下，由于摩擦升温提高了变形温度导致了不连续动态再结晶发生。

（3）变形速率的增大提高了变形温度进而使变形组织发生不连续动态再结晶，消除了大量变形导致的缺陷减少了析出相的优先形核位置降低了机械性能。但随着变形速率的进一步加大，变形温度的进一步升高，促使Mg2Si的溶解提高了固溶体的过饱和度，进而机械性能得到回升。

（4）从微观组与以微观硬度的关系来看，再结晶组织和粗晶层的存在对性能的影响并无明显规律，进而可知加工硬化和晶界强化并不是型材的主要强化方式。