車體用6082鋁合金型材熱處理工藝研究

李鵬偉，盧小磊，何 金，石 嬌，趙福城

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003）

車體用6082鋁合金型材熱處理工藝研究

李鵬偉，盧小磊，何 金，石 嬌，趙福城

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003）

采用正交試驗(yàn)法對(duì)車體用6082鋁合金擠壓型材進(jìn)行不同制度的固溶及時(shí)效處理，通過(guò)力學(xué)性能、宏觀組織與顯微組織測(cè)試確定最優(yōu)的熱處理工藝。分析結(jié)果表明：固溶溫度對(duì)型材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、自由端晶粒尺寸影響最大，且隨著固溶溫度的升高而增大。隨著時(shí)效溫度的升高，型材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度呈先增后減的趨勢(shì)；固溶時(shí)間、時(shí)效時(shí)間對(duì)型材的力學(xué)性能、自由端粗晶尺寸無(wú)明顯影響。確定最佳熱處理制度：515±5℃/150min+170±5℃/10h。

6082鋁合金；正交試驗(yàn)法；力學(xué)性能；晶粒尺寸

0　前言

6082鋁合金屬于Al-Mg-Si系可熱處理強(qiáng)化鋁合金，具有中等強(qiáng)度、良好的焊接性能、耐腐蝕性以及較好的加工特性和淬透性，被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸和結(jié)構(gòu)工程[1、2]。型材自由端粗晶是鋁合金擠壓制品的主要缺陷之一，而采用6082鋁合金擠壓大壁厚型材時(shí)，在自由端位置極易出現(xiàn)粗晶層組織，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用性能。因此，本文通過(guò)研究不同熱處理制度對(duì)型材力學(xué)性能及自由端組織的影響，為確定最佳的工藝制度提供參考。

1　實(shí)驗(yàn)材料與方法

選取車體用1.05%Si-0.85%Mg-0.55%Mn6082鋁合金型材作為試驗(yàn)用料，擠壓比為30.6。

本試驗(yàn)采用不同的固溶溫度、固溶時(shí)間、時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間（每個(gè)因素4個(gè)變量，見(jiàn)表1），利用正交試驗(yàn)法，確定上述四個(gè)因素對(duì)6082鋁合金型材力學(xué)性能及自由端組織晶粒度的影響規(guī)律，找出影響型材力學(xué)性能及自由端組織晶粒度的主要因素，并確定最佳熱處理工藝制度。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)所選試驗(yàn)參數(shù)下試樣的力學(xué)性能、宏觀組織及顯微組織進(jìn)行了測(cè)試分析，分析結(jié)果如下。

2.1力學(xué)性能分析

利用極差分析法對(duì)表1中力學(xué)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，其結(jié)果如表2所示。由表可以看出對(duì)型材屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響程度由大到小為：固溶溫度、時(shí)效溫度、固溶時(shí)間、時(shí)效時(shí)間。隨著固溶溫度的升高，型材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐漸增大；隨著時(shí)效溫度的升高，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度呈先增后減的趨勢(shì)；隨著固溶時(shí)間的延長(zhǎng)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度亦呈先增后減的趨勢(shì)，且對(duì)屈服強(qiáng)度的影響大于抗拉強(qiáng)度。時(shí)效時(shí)間對(duì)型材屈服強(qiáng)度有較為明顯的影響，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，屈服強(qiáng)度逐漸增大，對(duì)抗拉強(qiáng)度無(wú)明顯影響。

表1　正交試驗(yàn)參數(shù)與結(jié)果

表2　力學(xué)性能極差分析

6082鋁合金在經(jīng)固溶處理后，形成過(guò)飽和固溶體，在時(shí)效過(guò)程中，過(guò)飽和固溶體中的Mg、Si原子逐漸富集形成GP區(qū)。隨著時(shí)效溫度的升高或時(shí)間的延長(zhǎng)，GP逐漸聚集長(zhǎng)大，形成與母材保持共格關(guān)系的過(guò)渡相β＇，此時(shí)型材強(qiáng)度達(dá)到最大值，繼續(xù)提高時(shí)效溫度或延長(zhǎng)時(shí)間，過(guò)渡相β＇將轉(zhuǎn)變成具有獨(dú)立晶格的穩(wěn)定相β，型材強(qiáng)度下降。與上述時(shí)效溫度的影響規(guī)律相符，但由于本試驗(yàn)時(shí)效時(shí)間較短，故強(qiáng)度未呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。此外，固溶溫度越高，固溶程度越高，同時(shí)元素的擴(kuò)散速度越快，相同時(shí)間內(nèi)元素分布越均勻，因此形成GP區(qū)的數(shù)量越多，尺寸越小，故強(qiáng)化相β＇數(shù)量多尺寸小，強(qiáng)度越高。所以固溶溫度對(duì)合金強(qiáng)度起決定性的影響，且溫度越高強(qiáng)化效果越好，與上述試驗(yàn)結(jié)果相符。

2.2宏觀組織分析

利用極差分析法對(duì)表1中的粗晶尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，其結(jié)果如表3所示?？梢钥闯龉倘軠囟葘?duì)型材自由端粗晶尺寸影響最大，隨著固溶溫度的升高，粗晶尺寸逐漸增大。而固溶時(shí)間、時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間對(duì)型材自由端粗晶尺寸無(wú)明顯影響。

表3　粗晶尺寸極差分析

2.3顯微組織分析

從不同工藝參數(shù)下自由端顯微組織可以看出固溶溫度低于528℃時(shí)，試樣自由端晶粒組織細(xì)小，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；大于等于528℃時(shí)，晶粒尺寸粗大。同時(shí)還可看出溫度相同時(shí)，組織晶粒度相近，進(jìn)一步表明除固溶溫度外，其他三個(gè)參數(shù)對(duì)自由端晶粒度無(wú)明顯影響。

由于擠壓工程中，型材邊緣組織受摩擦力作用，晶粒破碎，以自由端位置破碎程度最大，而后在固溶處理過(guò)程中，發(fā)生再結(jié)晶。受熱力學(xué)因素影響，溫度越高，能量越大，再結(jié)晶晶粒越大。

3　最佳工藝參數(shù)的確定

通過(guò)正交試驗(yàn)與分析，初步確定最佳工藝范圍為：固溶溫度500～525℃，固溶時(shí)間150min，時(shí)效溫度165～175℃，時(shí)效時(shí)間8～10h。為進(jìn)一步確定工藝制度，結(jié)合以上工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，具體試驗(yàn)驗(yàn)證方案及結(jié)果如表4所示。

表4　試驗(yàn)參數(shù)與結(jié)果

對(duì)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與討論，最終確定車體用6082鋁合金型材最佳熱處理制度為：515±5℃/150min+170±5℃/10h。

4　結(jié)論

通過(guò)以上試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：

（1）固溶溫度對(duì)6082鋁合金型材屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的影響最大，隨著溫度的升高，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐漸增大；相比固溶溫度，固溶時(shí)間和時(shí)效溫度對(duì)其影響較小，隨著固溶時(shí)間和時(shí)效溫度的升高，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度呈先增后減的趨勢(shì)；時(shí)效時(shí)間對(duì)型材屈服強(qiáng)度有較為明顯的影響，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，屈服強(qiáng)度逐漸增大，對(duì)抗拉強(qiáng)度無(wú)明顯影響。

（2）固溶溫度對(duì)型材自由端晶粒尺寸影響最大，隨著固溶溫度的升高，晶粒尺寸逐漸增大。而固溶時(shí)間、時(shí)效溫度和時(shí)時(shí)間對(duì)其無(wú)明顯影響。

（3）最佳熱處理制度為：515±5℃/150min +170±5℃/10h。

[1]王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊(cè)[M].長(zhǎng)沙: 中南工業(yè)大學(xué)出版社，1989

[2]肖亞慶，謝水生，劉靜安，等.鋁加工技術(shù)使用手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005

（編輯：楊毅）

Research on Heat Treatment Process of 6082 Aluminum Alloy for Railway Vehicles

LI Peng-wei，LU Xiao-lei，HE Jin，SHI Jiao，ZHAO Fu-cheng
（Liaoning Zhongwang Group Co.，Ltd.，Liaoning 111003，China）

The effect of heat treatment parameters on mechanical properties，macrostructure and microstructure of 6082 aluminum alloy extrusion profiles for railway vehicles was studied through the orthogonal experiment method. The results show that the effect of solution temperature on tensile strength，yield strength and the grain size of the profile are the most，and increases with the increase of solution temperature；the tensile strength and yield strength are increased firstly and then decreased as the aging temperature increased. However，the time of solution and aging has no obvious influence on the mechanical property and the grain size. In addition，the best heat treatment parameters are 515±5℃/150min+170±5℃/10h.

6082 aluminum alloy；orthogonal experiment method；mechanical property；grain size

TG166.3

A

1005-4898（2016）02-0050-03

10.3969/j.issn.1005-4898.2016.02.10

李鵬偉（1983-），男，遼寧沈陽(yáng)人，工程師。

2016-01-20