预时效对6005A铝合金自然时效及人工时效性能的影响

2021-08-11李秋梅刘兆伟郑雅如马龙飞

有色金属加工 2021年4期

李秋梅，刘兆伟，潘岩，郑雅如，马龙飞

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳 111003)

由于Al-Mg-Si系铝合金在日常生活中发生自然时效是无法避免的，而预时效的提出就是为了解决Al-Mg-Si系铝合金自然时效产生的不利影响。简单来说，预时效就是在合金经过固溶淬火之后自然时效之前引入一段时间的高温(大于100℃)时效[1]。已有很多研究表明[2-4]，Al-Mg-Si系铝合金固溶淬火之后立刻进行预时效处理能够有效减少自然时效的负面效应，主要应用在合金在烤漆前的硬度比较低，而又能明显促进后期的烤漆效果，使烤漆后合金的强度比较高，对汽车的成形性能有一定的影响的领域。目前，预时效处理工艺对烤漆硬化的研究很多，但预时效对人工时效硬化效果产生的影响并未有具体的研究。因此，本文主要研究预时效对自然时效的影响以及预时效对后续人工时效产生的影响，为预时效在生产工艺中起到关键性的作用提供理论依据。

1 实验方法

本文利用36MN挤压机对6005A铝合金铸棒进行挤压，挤压型材尺寸为150mm×50mm×2mm；合金成分(质量分数，%)为，Si 0.55，Fe 0.15，Cu 0.17，Mn 0.49，Mg 0.68，Cr 0.17，Ti 0.05。挤压后在24h之内进行180℃×10min的预时效处理，分别对预时效与未预时效的铝合金停放1d、2d、4d、6d、8d、10d进行力学性能研究。同时对停放1d后的铝合金进行人工时效研究，时效工艺分别采用未预时效+200℃×(4h、6h、8h)和预时效+200℃×(4h、6h、8h)。

本文主要在AX10型光学显微镜(OM)上进行显微组织观察，观测铝合金挤压型材中第二相分布及晶粒大小。在AG-X100KN型电子万能试验机上进行室温力学性能测试，测试自然时效及人工时效下力学性能变化情况；采用折弯试验机对铝合金挤压型材进行折弯性能检测；利用晶间腐蚀试验研究不同时效制度下铝合金挤压型材腐蚀性能。

2 实验结果

2.1 预时效对自然时效的影响

图1为停放不同天数未预时效与预时效后自然时效力学结果。

图1 自然时效下的力学性能Fig. 1 Mechanical properties under natural aging

可以看出相同停放时间下，经过预时效的铝合金整体力学性能均低于未预时效的。相关文献表明[5-6]：这是由于挤压后立即进行短时预时效，一方面，基体中将形成大量的、尺寸较大的β″核心，从而造成过饱和固溶体中溶质的分布不均匀，降低非β″核心处基体中溶质的过饱和度，抑制了随后自然时效的硬化效果，导致强度低于未预时效的铝合金。另一方面，在预时效过程中，Cluster原子团聚的形成可以在很大程度上降低了铝基体中溶质原子的过饱和度，这样就很好的抑制了自然时效过程中原子团簇的形成。未预时效的铝合金在自然时效下，强度随停放天数的增加呈上升趋势；预时效的铝合金，自然时效2d～4d强度呈上升趋势，4d以后，强度变化不大；预时效处理对自然时效断后伸长率影响不大，整体变化趋势与未预时效相一致。因此，预时效可以抑制自然时效停放天数对铝合金挤压型材不稳定性的影响。

2.2 预时效对人工时效后显微组织的影响

图2为未预时效与预时效下不同时效制度的显微组织。经过预时效的铝合金显微组织中析出较多均匀分布的灰色析出相，含有少量黑色结晶相；未预时效的铝合金出现较多粗大的黑色结晶相，含有少量灰色析出相。灰色析出相的析出说明预时效降低了铝基体中溶质原子的过饱和度，更容易形成过饱和固溶体，促进后续时效析出相的形成。

(a)200℃×4h; (b)200℃×6h;(c)200℃×8h;(d)预时效+200℃×4h;(e)预时效+200℃×6h;(f)预时效+200℃×8h图2 人工时效下的显微组织Fig. 2 Microstructure under artificial aging

图3为未预时效与预时效下不同时效制度的偏光显微组织。可以看出，经过预时效的铝合金存在大量的纤维状组织；未预时效的铝合金未出现纤维状组织，再结晶晶粒较多。

(a)200℃×4h；(b)200℃×6h；(c)200℃×8h；(d)预时效+200℃×4h；(e)预时效+200℃×6h；(f)预时效+200℃×8h 图3 人工时效下的偏光显微组织Fig. 3 Polarized microstructure under artificial aging

2.3 预时效对人工时效后性能的影响

图4为未预时效与预时效下不同时效制度的力学性能。预时效态的铝合金经过人工时效后强度明显高于未预时效态的铝合金，时效温度一定时，随着时效时间的延长，强度均呈先增加后降低的趋势，时效时间为6h时强度最高。相关文献表明[7]，这是由于预时效的铝合金挤压型材，铝基体内部原子团簇和GP区增多，为第二相的形成提供了更多的形核点，人工时效过程中形成的强化相越多越细，因此经过预时效的铝合金人工时效后强度升高。预时效处理引入的位错会在后续时效过程中为β″相提供异质形核点，促进β″相形成。β″相的形成促使强度升高，随着时效时间延长为8h时，可能会形成稳定的β相，失去了与基体之间的共格关系，从基体中析出，导致强度下降。

图4 人工时效下的力学性能图5 人工时效下的折弯角度Fig. 4 Mechanical properties under artificial aging Fig. 5 Bending angle under artificial aging

图5分别为未预时效和预时效下不同时效制度的折弯性能。合金的塑性直接影响着铝合金的成形性能，由图可以看出，预时效的铝合金人工时效后，随着时效时间的延长，折弯角度先变小后增大，但横、纵向差异不大；未预时效的铝合金人工时效后，随着时效时间的延长，折弯角度逐渐增加，横、纵向差异较大。预时效铝合金无论是横向还是纵向折弯角度均低于未预时效的铝合金，这是由于预时效的铝合金出现纤维状组织，未预时效的铝合金出现再结晶组织，再结晶晶粒比纤维状晶粒内部位错密度低、尺寸大，位错滑移的阻力小，故预时效的铝合金折弯性能低于未预时效的铝合金。

2.4 预时效对人工时效后腐蚀性能的影响

图6为未预时效与预时效下不同时效制度的晶间腐蚀，随着时效时间的增加，腐蚀性能逐渐减弱。相同时效时间下，未预时效的铝合金晶间腐蚀深度较预时效的铝合金腐蚀深度较深，预时效可有效提高铝合金的抗腐蚀性能。这是由于预时效铝合金呈纤维状组织，晶粒较未预时效大，晶粒细小可促使合金组织内部的电化学电位差较大，加快腐蚀程度。