Mater.Sci.Eng.A：通過快速固溶的方式來提高A6082鋁合金的抗拉屈服強度

【引言】

A6082 鋁合金屬于6000系（Al-Mg-Si）鋁合金，是能夠熱處理可強化的鋁合金板材，具有中等強度和良好的焊接性能、耐腐蝕性，主要用于交通運輸和結構工程，如橋梁、起重機、屋頂構架、運輸機、運輸船等。近年來，隨著國內外造船業突飛猛進的發展，減輕船體自重，提高船速，尋求代替鋼鐵部件的鋁合金材料，已成為鋁加工業和造船業面臨的重要課題。A6082鋁合金鋁板具有中等強度和良好的耐蝕性，重量又輕，是制造高速船部件的理想材料。A6082 鋁合金常用的熱處理工藝方式為：固溶+水淬+人工時效。其時效析出序列一般為：過飽和固溶體（SSSS）→Mg/Si原子團簇→GP區→β''相→β'/ B'相→β相，其中β''相為A6082鋁合金的主要強化相。在先前的研究中，A6082鋁合金需要在530℃-565℃固溶6個小時然后進行時效處理以獲得最大的抗拉強度。由此觀之，A6082鋁合金的熱處理往往需要耗費大量時間，所以如何縮短A6082鋁合金的熱處理的時間是目前亟需解決的問題。

【成果簡介】

近日，臺灣國立成功大學的洪飛義教授和呂傳盛教授（共同通訊作者）等人在Materials Science & Engineering A上發表了一篇名為“Enhancing the tensile yield strength of A6082 aluminum alloy with rapid heat solutionizing”的文章。研究人員以A6082熱擠壓棒材為原材料，采取不同的固溶加熱速率，并借助TEM、SEM、EDS、XRD、OM、室溫拉伸、洛氏硬度等實驗手段系統研究了固溶加熱速率對A6082鋁合金的抗拉屈服強度的影響。

【圖文導讀】

圖1：樣品在鹽浴爐和電阻爐中溫度隨時間變化曲線

圖2：拉伸試樣形狀示意圖

圖3：不同熱處理狀態在試樣的金相圖

（a） 擠壓態的金相圖譜，平均晶粒直徑 ;

（b）R30N態的金相圖譜，平均晶粒直徑 ；

（c）R120N態的金相圖譜，平均晶粒直徑 ；

（d）S30N態的金相圖譜，平均晶粒直徑 。

圖4：不同狀態下試樣的SEM圖以及AlFe(MnCr)Si金屬間化合物體積分數

（a）擠壓態的SEM圖;

（b）R120N態的SEM圖；

（c）S30N態的SEM圖。

可以看出隨著固溶升溫速率變大，AlFe(MnCr)Si金屬間化合物的體積分數呈減小趨勢

圖5：不同熱處理狀態下試樣的工程應力-工程應變曲線和失穩區域內的應力-應變曲線

白色箭頭所指的是臨界應變(?c)

圖6：不同熱處理狀態下試樣的硬度隨時效時間變化圖（時效溫度均為180℃）

圖7：不同熱處理狀態下試樣的拉伸曲線

圖8：R120T6試樣和S30T6試樣的TEM圖

（a）R120T6的明場相圖 ;

（b）S30T6的明場相圖;

（c）R120T6 的電子衍射圖譜;

（d）S30T6的電子衍射圖譜。

圖9：R120T6試樣和S30T6試樣中針狀析出相的EDS分析

（a）R120T6試樣針狀析出相的EDS結果；

（b）S30T6試樣針狀析出相的EDS結果。

圖10：不同熱處理狀態下的試樣的XRD分析

（a）擠壓態;

（b）R120T6;

（c）S30T6。

圖11：S30T6和R120T6熱處理過程中強度隨熱處理時間變化的示意圖

【小結】

本文通過一系列實驗，研究了固溶加熱速率對A6082鋁合金的抗拉強度和屈服強度的影響，并對其影響機理進行了相應的分析和闡述，得到了以下結論：

1.用鹽浴爐可以提高固溶加熱速率，從而減小固溶處理時間并細化晶粒。

2. 對于較高的固溶加熱速率的試樣的臨界應變(?c)有增加的趨勢，這表明著在基體中較高的Mg原子濃度和Si 原子濃度對位錯的阻礙作用較大，從而最終表現為較高的屈服強度。

3.對于較高的固溶加熱速率的試樣來說，硬度和拉伸強度數據表明隨著固溶度增加，時效響應速率也就越快。較高的固溶加熱速率和較高的時效響應速率都大大減小了A6082鋁合金的T4/T6熱處理時間。

4. 用鹽浴爐減少A6082鋁合金的T4/T6熱處理時間的同時也在一定程度上保持了力學性能的穩定。

總之該文章對縮短A6082鋁合金的熱處理的時間具有探索性和指導性意義。

文獻鏈接: Chang Y L, Hung F Y, Lui T S. Enhancing the tensile yield strength of A6082 aluminum alloy with rapid heat solutionizing[J]. Materials Science and Engineering: A, 2017.

本文由材料人編輯部新人組劉冠華編譯，周夢青審核，點我加入材料人編輯部。

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