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(1. 湖南工学院 汽车零部件技术研究院， 湖南 衡阳 421002；2. 湖南工学院 机械工程学院， 湖南 衡阳 421002)

汽车在工业生产和日常生活中运用广泛，为人类带来便捷，同时，绿色环保和节能减排等问题也受到了更多的关注。轻量化是实现环保和节能的重要方法，采用轻质高强的轻量化材料来制造汽车零部件可有效实现汽车轻量化[1-3]。6082铝合金强度中等，耐腐蚀性能和焊接性能优异[4-5]，其主要的合金元素为Mg和Si，是一种可以通过热处理进行强化的轻量化材料[6-7]。该类合金在常温下的成形性能一般，通常会采用热成形工艺改善材料成形能力。工业生产中采用锻造、挤压和轧制等热加工工艺将铝合金加工成各种结构件[8-9]，在航空航天、汽车和船舶等领域应用广泛。

材料在发生热变形时，其微观组织会发生改变，最终影响零部件的性能。王家毅等[10]研究了锻造工艺对6082铝合金性能的影响及其强化机理，结果表明，动态回复是引发材料软化的主要机制，同时还发现，基体中的位错组织对析出相的演变有显著影响。邓鹏等[11]研究了挤压态7N01铝合金，发现晶粒沿着挤压方向被拉长，并形成了形变织构，这种织构能够有效地抵抗挤压方向上的塑性变形。李旺珍等[12]发现不同轧制状态的Al-Cu-Mg-Sc合金表现出不同的平面力学性能各向异性，合金在轧制过程中形成的第二相和织构是导致其各向异性的主要原因。材料热变形过程中的变形温度、变形量和应变速率等决定了高温下铝合金材料的热变形行为和微观组织。

对于需求量较大的铝合金板材而言，通常会采用热轧或者热挤压的方法成形，材料在热加工的过程中，如果热加工工艺参数设置不合理，可能会造成开裂和晶粒粗大等现象[13]。因此，有必要对该材料在高温条件下的压缩变形行为和微观组织演变进行研究。本文采用热模拟试验机测试了轧制态6082-T6态铝合金在100～400 ℃条件下的压缩力学性能，借助光学显微镜和透射电镜对合金的微观组织演变进行了探索，分析了合金微观组织特征和变形机理，以期为6082铝合金热加工工艺参数的选择和制定提供依据。

1 试验材料与方法

本研究采用的材料为6082-T6态铝合金轧制板材，板厚为10 mm，其化学成分(质量分数，%)为0.93Si、0.2Fe、0.08Cu、0.47Mn、0.72Mg、0.1Cr、0.02Zn、0.07Ti，其余为Al。如图1所示(RD为轧向，TD为横向)，采用线切割沿与轧制方向成0°、45°和90°方向制备直径φ8 mm，高度12 mm的圆柱体试样。在Gleeble 3500热模拟试验机上对轧制态6082铝合金进行热压缩试验，升温速率10 ℃/s，保温时间5 min，总压缩应变量为75%。热压缩变形温度分别为100、200、300和400 ℃，应变速率为0.01 s-1。每次压缩试验结束后立即将试样进行水淬以保存高温变形组织。

图1 试样制备方向示意图Fig.1 Schematic diagram of specimen preparation directions

金相试样经镶样、粗磨、细磨、机械抛光和阳极覆膜后，采用AX10 Zeiss型光学显微镜观察显微组织。由图2(a)可见，轧制后的铝合金板材中，晶粒沿着轧制方向被拉长，呈典型的纤维状晶粒。在热压缩变形前后试样上截取厚度0.1 mm的薄片，机械减薄至70 μm，然后冲出直径φ3 mm的圆片，采用丙酮清洗圆片，通过MTP-I型电解减薄仪双喷减薄，双喷液为30% HNO3+70% CH3OH溶液(体积分数)，工作电压为20 V，温度为-30～-20 ℃。利用Tecnai G2 F20型透射电镜进行组织观察，加速电压为200 kV。图2(b)为轧制态6082-T6铝合金的TEM组织，可知在铝合金基体中均匀分布着针状的析出相，6082铝合金可以通过时效处理进行强化，其强度的高低主要取决于基体内析出强化相的尺寸、分布及数量[14]。

图2 轧制态6082-T6铝合金的显微组织 Fig.2 Microstructure of the as-rolled 6082-T6 aluminum alloy(a) OM; (b) TEM

2 试验结果和讨论

2.1 力学性能

图3为与轧向呈不同角度的6082-T6铝合金试样在应变速率0.01 s-1和变形温度100～400 ℃条件下压缩后的真应力-真应变曲线。变形初期，合金的应力迅速升高，铝合金是高层错能金属材料，随着压缩的进行，晶粒内部的位错密度不断提高，并发生相互作用，金属内部位错的交滑移会导致材料软化，但是形变引起的硬化作用占主导地位，因此，材料表现为流变应力迅速提高，并达到峰值[15]。随着应变量增加，应力水平有所下降，这是由于晶内变形储存能越来越多，合金内位错的攀移、交滑移互相作用加强，位错密度逐渐降低，软化作用高于应变硬化。随着应变量的继续增加，合金的流变应力基本保持水平状态。

图3 与轧向呈不同角度的轧制态6082-T6铝合金在不同温度热压缩后的真应力-真应变曲线Fig.3 True stress-true strain curves of the as-rolled 6082-T6 aluminum alloy at different angles to rolling direction after hot compressing at different temperatures(a) 0°; (b) 45°; (c) 90°

图4为轧制态6082-T6铝合金热压缩试验的峰值应力与变形温度和与轧制方向间的角度之间的关系曲线。由图4可知，当取样方向一定时，峰值应力随变形温度升高而降低，这是由于变形温度的升高会加快原子的移动速度和材料的动态软化行为。当压缩温度恒定时，在较低的变形温度下，材料的力学性能各向异性明显，0°和90°试样的应力水平相差不大，45°试样的应力相对较低，但是，随着变形温度的升高，材料的力学性能各向异性减弱，在高温变形条件下，滑移系更容易开启，合金的各向异性减弱。

图5 经不同温度热压缩后与轧向呈不同角度的轧制态6082-T6铝合金的显微组织Fig.5 Miorostructure of the as-rolled 6082-T6 aluminum alloy at different angles to rolling direction after hot compressing at different temperatures(a,b) 0°; (c,d) 45°; (e,f) 90°; (a,c,e) 100 ℃; (b,d,f) 400 ℃

图4 轧制态6082-T6铝合金的力学性能各向异性和温度敏感性Fig.4 Anisotropy and temperature sensitivity of mechanical properties of the as-rolled 6082-T6 aluminum alloy

2.2 微观组织分析

图5为与轧制方向呈0°、45°和90°的轧制态6082-T6铝合金试样在100 ℃和400 ℃热压缩后的显微组织。由图5(a，b)可知，0°方向试样在高温压缩条件下，保持着初始的纤维状晶粒组织，但是在压缩过程中，晶粒沿着剪切力方向发生了扭曲。由图5(c，d)可知，45°方向的试样，其晶粒组织保持纤维状。在变形过程中，晶粒组织在应力的作用下，发生了一定程度的扭曲。由图5(e，f)可知，90°方向试样中晶粒比较细小，但是同样有一定程度的晶粒扭曲现象。同时综合对比发现，3个方向的试样在100 ℃和400 ℃热压缩后晶粒组织的形态差别不大，说明合金在测试温度范围内，均以变形回复组织为主，并未发生明显的再结晶。

图6为与轧制方向呈0°轧制态6082-T6铝合金试样经不同温度热压缩后的TEM照片。由图6(a)可知，当压缩温度为100 ℃时，位错之间发生缠结，位错密度高。在较低温度下变形时，位错的运动能力较低，基体内部以动态回复为主，因此在较低温度条件下变形的合金中位错密度较高，但由于变形温度较低，动态再结晶难以启动。当热变形温度为200 ℃时(见图6(b))，此时基体内部依然保持较高密度的位错，但是位错密度相对100 ℃条件下明显下降。如图6(c)所示，当变形温度为300 ℃时，在基体中没有发现明显的位错缠结。而当变形温度升高到400 ℃时，位错密度较低，基体中分布着大尺寸的析出相，或弥散分布在晶粒内，或排列在晶界处。当压缩温度较高时，原子的扩散运动能力增强，位错的攀移和交滑移充分进行，发生大量的位错湮灭和异号位错抵消，在动态回复的作用下，位错密度显著降低，加工硬化作用和动态软化机制达到动态平衡，材料的流变应力趋于稳定[16]。此外，在高温变形条件下，合金内部发现有粗化的析出相，这也是导致合金发生动态软化的原因之一。

图6 经不同温度热压缩后与轧向呈0°轧制态6082-T6铝合金试样的TEM照片Fig.6 TEM images of the as-rolled 6082-T6 aluminum alloy specimen at 0° to rolling direction hot compressed at different temperatures(a) 100 ℃; (b) 200 ℃; (c) 300 ℃; (d) 400 ℃

3 结论

1) 轧制态6082-T6铝合金表现出明显的力学性能各向异性和温度敏感性，即当变形温度一定时，与轧向呈0°和90°方向的试样强度最高，与轧向呈45°方向的试样强度相对较低，随着变形温度的升高，材料的力学性能各向异性减弱。对于同一方向试样，随着变形温度的升高，合金的强度下降。

2) 经过热压缩变形后，与轧向呈不同方向的轧制态6082-T6铝合金的晶粒组织均沿着剪切力方向发生扭曲，但是变形温度对晶粒组织的演变影响不大。随着变形温度的升高，基体内的位错密度明显下降，出现析出相粗化现象。