退火温度对5A06挤压型材组织及性能的影响

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　　摘要：通过对型材微观组织的观察及维氏硬度、晶间腐蚀和剥落腐蚀等的测试，研究了退火温度对5A06挤压型材组织及性能的影响。结果表明，随着退火温度的升高，晶粒发生了回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。当退火温度达到175℃时，型材发生低温回复，硬度变化不大，耐蚀性较差;在225-325℃退火，型材发生完全再结晶，硬度变化较明显，耐蚀性得到改善;当退火温度高于325℃时，晶粒长大，硬度略降低，耐蚀性变差。结合5A06挤压型材组织及性能研究可知，确定退火温度为225-325℃。
　　关键词：5A06挤压型材;组织;性能;退火温度
　　中图分类号：TG 146.2文献标志码：A
　　5A06铝合金是5xxx系铝合金中的典型合金，防锈铝，具有较好的耐蚀性，较高的强度，良好的焊接性、耐腐蚀性等特点。目前5A06铝合金型材、板材被广泛加工成汽车制造业、航空航天领域等具有轻量化和耐蚀性要求的结构件。5xxx系铝合金对剥落腐蚀性能较敏感，热处理工艺不当时，耐蚀性能较差。5xxx系铝合金为不可热处理强化铝合金，对该材料关于热处理方面的报道鲜为人知，尤其是对挤压型材的研究报道少之又少。本论文通过对5A06铝合金挤压型材在不同退火温度下组织和性能的研究，找到最优的退火温度，完善5A06挤压型材的技术参数。
　　1试验方法
　　本论文所用的挤压型材厚度为6mm，其化学成分如表1所示。采用不同的温度对5A06挤压型材进行退火，退火温度为175，225，275，325，375，425和475℃，保温时间为2h。采用蔡司光学显微镜对5A06挤压型材试样进行组织观察。采用维氏硬度计对试样进行硬度测试，每个试样分别测5个点后取其算数平均值。晶间腐蚀和剥落腐蚀性能根据GB/T 22639-2008进行检测。
　　2 试验结果及分析
　　2.1退火温度对显微组织的影响
　　分别对经过不同温度退火处理后的5A06挤压型材进行显微组织观察，其显微组织如图1所示。由画圆圈处可以看出，不同温度退火处理后型材组织均出现了呈弥散分布的小颗粒，形态较规则，相关资料表明这些黑色小颗粒是Al-Mg系铝合金中的主要强化相，随着温度的升高，强化相粒子部分发生回溶，导致强化相粒子数量减少。5A06挤压型材在退火温度低于225℃时，其显微组织主要经历了低温回复阶段。
　　图2为经过不同温度退火处理的5A06挤压型材阳极覆膜显微组织图。由图2（a）和2（b）可以看出晶粒大小基本相同。随着退火温度的升高，位错迁移加剧，加之强化相数量的减少也减弱了对位错运动的阻碍，从而使晶粒更容易长大，如图2（c）所示。当退火温度为275℃时，型材组织中存在主要沿挤压方向分布的少量细小再结晶晶粒如图2（d）所示。当退火温度达到325℃时，晶粒长大，如图2（e）所示。因此，在225-325℃退火，发生完全再结晶。由图2（f）可知，晶粒明显长大。随着退火温度的升高，晶粒越来越大。
　　2.2退火温度对力学性能的影响
　　不同退火温度处理后5A06挤压型材硬度变化如表2所示。随着退火温度的升高，5A06挤压型材维氏的硬度呈降低趋势，当退火温度为175℃时，型材硬度降低明显;当退火温度升高至225℃时，型材硬度降低较少;当退火温度达到325℃时，型材硬度降低较明显;当退火温度高于325℃时，型材硬度趋于稳定。
　　退火温度的升高会显著影响型材的位错密度、再结晶晶粒数量和消除品格畸变，而位错密度和再结晶晶粒数量均为影响合金力学性能的关键因素。所以退火温度对合金力学性能的影响非常明显。退火温度低于225℃，型材发生了回复，该过程主要以空位或间隙原子等点缺陷运动为主，但力学性能对缺陷变化的敏感度不高，因此，硬度变化不大。在225-325℃退火，硬度发生较大变化，型材内部大部分位错都获得足够能量从而发生移动，脱离强化相粒子钉扎和高位错密度的相互缠结，使挤压型材畸变状态迅速消失，此时发生完全再结晶。退火温度高于325℃时，型材内部已基本没有储能残留，因此内部组织与325℃退火时相比，除仅在晶粒尺寸、形貌方面变化外，硬度基本不变。
　　2.3 退火温度对耐蚀性能的影响
　　2.3.1晶间腐蚀
　　图3为5A06挤压型材晶间腐蚀的显微组织图。由图3可以看出，晶间腐蚀主要沿试样位置向合金内部扩展延伸。退火温度为175℃的条件下，5A06挤压型材的晶间腐蚀敏感性较大，最大腐蚀深度约0.40mm，晶间腐蚀级别达到5级。其次，在退火温度为225T条件下，腐蚀最大深度达到0.24mm以上，晶间腐蚀级别为4级。在未退火及275℃退火条件下，腐蚀深度小于0.10mm，晶间腐蚀级别为3级。在其他退火温度下并未出現明显的晶间腐蚀现象。
　　2.3.2剥落腐蚀
　　表3为5A06挤压型材的剥落腐蚀检测结果。从表3中可以看出，未退火的5A06挤压型材表面发生明显的点蚀现象，剥落腐蚀级别为PB。型材经过175℃x2h退火处理后，表面发生严重点蚀，出现疱疤、爆皮，并轻微深入型材表面，级别为PC，表明此退火温度下的抗剥落腐蚀性能较差。随着退火温度的提高，抗剥落腐蚀性能有所改善，225，275，325和375℃退火后型材表面只呈现轻微的点蚀，剥落腐蚀级别为PA。当退火温度提高到425-475℃时，5A06挤压型材表面又出现了明显点蚀，剥落腐蚀级别为PB。
　　综合晶间腐蚀检测结果可知：5A06挤压型材进行175℃退火处理后，晶间腐蚀及剥落腐蚀较严重，耐蚀性最差;在225-325℃退火，随着退火温度的升高，晶间腐蚀越来越弱，325℃退火时未出现晶间腐蚀，剥落腐蚀只呈现轻微的点蚀，耐蚀性有所改善;未退火和在375-475℃退火后，晶间腐蚀不明显，但剥落腐蚀出现明显的点蚀，说明耐蚀性变差。
　　3结论
　　（1）在低于225℃退火处理后，5A06挤压型材显微组织主要经历了低温回复阶段，组织中存在少量细小再结晶晶粒，退火温度为225-325℃，经历了再结晶阶段，当退火温度高于325℃，晶粒呈明显长大趋势，即经历了晶粒长大阶段。
　　（2）硬度随退火温度升高呈下降趋势，在225-325℃退火，硬度变化较明显，退火温度高于325℃时，硬度逐渐平稳。
　　（3）当退火温度为175℃时，5A06挤压型材的晶间腐蚀敏感性较大，晶间腐蚀深度较深，合金表面发生严重点蚀，出现疱疤、爆皮，并轻微深入试样表面，抗剥落腐蚀性能不佳;在未退火及退火温度为225和275℃条件下，也产生了明显的晶间腐蚀，其他退火温度条件下，并无明显晶间腐蚀现象发生，剥落腐蚀只呈现轻微的点蚀。温度高于325℃时，剥落腐蚀出现明显的点蚀。
　　（4）结合5A06挤压型材组织和性能研究，确定其退火温度为225-325℃。
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