二级时效工艺对6061铝合金力学性能和组织的影响.pdf
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1、 新技术新工艺 2 0 2 3年 第1 0期 6 6 新技术新工艺 试验与研究二级时效工艺对6 0 6 1铝合金力学性能和组织的影响唐嘉强,刘学刚,周 新,乔明伟,胡 兴(重庆通用工业(集团)有限责任公司,重庆 4 0 1 3 3 6)摘 要:通过采用金相观察、单向拉伸试验和S EM电镜分析等试验方法,分析了二级时效温度和时效时间对6 0 6 1-T 6铝合金组织和力学性能的影响。结果表明:随着二级时效温度与时效时间的增加,板材内的溶质原子在晶体内与晶界处不断析出并逐渐长大,形成弥散分布的强化相,使晶粒更细化,但进一步升高时效温度和延长时效时间后,铝合金晶粒粗化。6 0 6 1铝合金抗拉强度与
2、硬度随二级时效温度和时效时间延长都呈现先增大后减小的趋势,在双级时效制度为1 8 0 2 h+1 9 0 2 h时最佳,抗拉强度为3 3 7.5 MP a,硬度为1 1 9.7 HV。关键词:双级时效工艺;6 0 6 1铝合金;力学性能;微观组织中图分类号:T G 2 9 2 文献标志码:AE f f e c t s o f T w o-p o l e A g i n g P r o c e s s o n M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s a n d M i c r o s t r u c t u r e o f 6 0 6 1 A l u m
3、i n u m A l l o yT ANG J i a q i a n g,L I U X u e g a n g,Z HOU X i n,Q I AO M i n g w e i,HU X i n g(C h o n g q i n g G e n e r a l I n d u s t r i a l(G r o u p)C o.,L t d.,C h o n g q i n g 4 0 1 3 3 6,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e f f e c t s o f s e c o n d a r y a g i n g t e m p e r a t
4、 u r e a n d a g i n g t i m e o n t h e m e t a l l o g r a p h i c s t r u c t u r e a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f 6 0 6 1-T 6 a l u m i n u m a l l o y p l a t e w e r e o b t a i n e d b y u s i n g t e s t m e t h o d i n c l u d i n g m e t a l l o g r a p h i c o b s e r v
5、 a t i o n,u n i d i-r e c t i o n a l t e n s i l e t e s t i n g a n d S EM e l e c t r o n m i c r o s c o p y a n a l y s i s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t w i t h t h e i n c r e a s i n g o f t h e s e c o n d a r y a g i n g t e m p e r a t u r e a n d a g i n g t i m e,t h e s o l
6、u t e a t o m s w i t h i n t h e p l a t e p r e c i p i t a t e d a n d g r e w u p i n t h e c r y s t a l a n d a t t h e g r a i n b o u n d a r i e s,a n d f o r m e d a d i f f u s e d i s t r i b u t i o n o f s t r e n g t h e n e d p h a s e s a n d r e f i n e d t h e g r a i n,b u t a f
7、t e r f u r t h e r i n c r e a s i n g t h e a g i n g t e m p e r a t u r e a n d p r o l o n g i n g t h e a g i n g t i m e,t h e a l u m i n u m a l l o y g r a i n c o a r s e n e d.T h e s t r e n g t h a n d h a r d n e s s o f 6 0 6 1 a-l u m i n u m a l l o y t e n s i l e s h o w e d a t
8、r e n d o f f i r s t i n c r e a s i n g a n d t h e n d e c r e a s i n g w i t h t h e s e c o n d a r y a g i n g t e m p e r a t u r e a n d a g i n g t i m e p r o l o n g a t i o n.I n t h e t w o-s t a g e a g i n g s y s t e m o f 1 8 0 2 h+1 9 0 2 h,i t r e a c h e d t h e b e s t w i t h
9、t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f 3 3 7.5 MP a a n d t h e h a r d n e s s o f 1 1 9.7 HV.K e y w o r d s:t w o-s t a g e a g i n g p r o c e s s,6 0 6 1 a l u m i n u m a l l o y,m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s,m i c r o s t r u c t u r e 6 0 6 1铝合金属于可热处理、可强化的变形铝合金,因其具有中等的强度、良好的可焊接性、耐
10、蚀性、优良的成型性和良好的塑性而被广泛应用1-2。目前有学者对6 0 6 1铝合金的热处理工艺进行了研究,6 0 6 1铝合金时效处理时相的析出顺序为:过饱和固溶体原子团簇G P区 过渡相平衡相3-4。6 0 6 1铝合金通过固溶时效处理可以有效提高合金的综合力学性能,在增强材料强度的同时,保证材料的塑性不再降低5。人工时效后的6 0 6 1铝合金基体中弥散分布着大量的板条状析出相(-M g2S i)和溶质富集区(G P区),此时6 0 6 1铝合金的强度较高,伸长率较低6-7。传统的6 0 6 1铝合金采用T 6峰值时效制度时(1 8 0 8 h)能达到良好的力学性能(抗拉强度约3 0 0
11、MP a,硬度约1 0 5 HV),但时效时间长,能耗高,生产效率较低8-9。鉴于上述情况,本文将采用双级时效工艺对6 0 6 1铝合金板进行试验研究,对比不同双级时效制度下材料力学性能和组织的变化情况,在保证材料性能的前提下探索能耗低、生产周期短的时效工艺方案,以期为后续的应用提供参考。1 试验材料及方案试验采用厚度为2 mm的6 0 6 1-T 6铝合金冷轧板,化学成分见表1。表1 6 0 6 1-T 6铝合金冷轧板材化学成分(质量分数)(%)S iF eC uM nM gC rZ nT i其他A l0.40.80.70.1 50.40.1 50.81.20.0 40.3 50.2 50.
12、1 50.1 5余量 首先对试样进行固溶处理,使用S X 2-4-1 0箱式电阻炉将铝合金板加热到5 3 0 保温0.5 h后室温水淬,随后进行温度1 8 0 保温2 h的一级预时效,最后按照表2所示的工艺方案按组分别进行1 5 02 3 0 的二级终时效14 h。试验研究 新技术新工艺 试验与研究6 7 表2 6 0 6 1-T 6铝合金二级时效试验方案二级时效温度/二级时效时间/h冷却方式1 5 0、1 7 0、1 9 0、2 1 0、2 3 02水冷最佳时效温度1、2、4水冷 对不同时效工艺下的试样进行检验分析,具体操作如下:将制好的试样经腐蚀后放在光学蔡司显微镜下观察。按照标准尺寸使用
13、线切割方式裁取试样后,对不同铝合金试样进行拉伸试验,每组拉伸试验重复3次,拉伸速度为1 mm/m i n。采用MH-5型维式显微硬度计检测试样硬度。使用扫描电镜完成拉伸断口形貌观察。2 试验结果分析2.1 金相分析不同二级时效工艺下铝合金的金相组织如图1所示。不同二级时效温度下相同保温时间的金相组织对比如图1 a 图1 c所示,从图1 a中可以看出,铝合金基体上分布着拉长的等轴晶粒,晶粒内部和晶界处都有颗粒状和长条状第二相即-M g2S i强化相析出,但分布不够均匀;当二级时效温度为1 9 0 时,由图1 b可以看出,等轴晶粒更细化,强化相更多,析出更均匀,弥散程度相应增大,这种弥散分布的强化
14、相均匀分布于合金基体内,对位错滑动起到钉扎阻碍作用,从而提高合金强度。随着二级时效温度升高至2 3 0,由图1 c可以看出,晶粒长大,第二相粒子的尺寸与数量呈现出不均匀分布。a)1 8 0 2 h+1 5 0 2 hb)1 8 0 2 h+1 9 0 2 hc)1 8 0 2 h+2 3 0 2 hd)1 8 0 2 h+1 9 0 1 he)1 8 0 2 h+1 9 0 4 h图1 不同二级时效工艺下6 0 6 1铝合金的金相组织当二级时效温度为1 9 0 时,二级时效时间对6 0 6 1-T 6铝合金显微组织的影响如图1 b、图1 d和图1 e所示。图1 d为二级时效时间为1 h的状态,
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