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

（遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 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

（遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003）

采用正交試驗法對車體用6082鋁合金擠壓型材進行不同制度的固溶及時效處理，通過力學性能、宏觀組織與顯微組織測試確定最優的熱處理工藝。分析結果表明：固溶溫度對型材的抗拉強度、屈服強度、自由端晶粒尺寸影響最大，且隨著固溶溫度的升高而增大。隨著時效溫度的升高，型材的抗拉強度、屈服強度呈先增后減的趨勢；固溶時間、時效時間對型材的力學性能、自由端粗晶尺寸無明顯影響。確定最佳熱處理制度：515±5℃/150min+170±5℃/10h。

6082鋁合金；正交試驗法；力學性能；晶粒尺寸

0　前言

6082鋁合金屬于Al-Mg-Si系可熱處理強化鋁合金，具有中等強度、良好的焊接性能、耐腐蝕性以及較好的加工特性和淬透性，被廣泛應用于交通運輸和結構工程[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，在自由端位置極易出現粗晶層組織，嚴重影響產品的使用性能。因此，本文通過研究不同熱處理制度對型材力學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　實驗材料與方法

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

本試驗采用不同的固溶溫度、固溶時間、時效溫度和時效時間（每個因素4個變量，見表1），利用正交試驗法，確定上述四個因素對6082鋁合金型材力學性能及自由端組織晶粒度的影響規律，找出影響型材力學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　實驗結果與分析

對所選試驗參數下試樣的力學性能、宏觀組織及顯微組織進行了測試分析，分析結果如下。

2.1力學性能分析

利用極差分析法對表1中力學性能數據進行分析處理，其結果如表2所示。由表可以看出對型材屈服強度和抗拉強度影響程度由大到小為：固溶溫度、時效溫度、固溶時間、時效時間。隨著固溶溫度的升高，型材的屈服強度和抗拉強度逐漸增大；隨著時效溫度的升高，屈服強度和抗拉強度呈先增后減的趨勢；隨著固溶時間的延長，屈服強度和抗拉強度亦呈先增后減的趨勢，且對屈服強度的影響大于抗拉強度。時效時間對型材屈服強度有較為明顯的影響，隨著時間的延長，屈服強度逐漸增大，對抗拉強度無明顯影響。

表1　正交試驗參數與結果

表2　力學性能極差分析

6082鋁合金在經固溶處理后，形成過飽和固溶體，在時效過程中，過飽和固溶體中的Mg、Si原子逐漸富集形成GP區。隨著時效溫度的升高或時間的延長，GP逐漸聚集長大，形成與母材保持共格關系的過渡相β＇，此時型材強度達到最大值，繼續提高時效溫度或延長時間，過渡相β＇將轉變成具有獨立晶格的穩定相β，型材強度下降。與上述時效溫度的影響規律相符，但由于本試驗時效時間較短，故強度未呈現下降趨勢。此外，固溶溫度越高，固溶程度越高，同時元素的擴散速度越快，相同時間內元素分布越均勻，因此形成GP區的數量越多，尺寸越小，故強化相β＇數量多尺寸小，強度越高。所以固溶溫度對合金強度起決定性的影響，且溫度越高強化效果越好，與上述試驗結果相符。

2.2宏觀組織分析

利用極差分析法對表1中的粗晶尺寸數據進行分析處理，其結果如表3所示。可以看出固溶溫度對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。而固溶時間、時效溫度和時效時間對型材自由端粗晶尺寸無明顯影響。

表3　粗晶尺寸極差分析

2.3顯微組織分析

從不同工藝參數下自由端顯微組織可以看出固溶溫度低于528℃時，試樣自由端晶粒組織細小，符合標準要求；大于等于528℃時，晶粒尺寸粗大。同時還可看出溫度相同時，組織晶粒度相近，進一步表明除固溶溫度外，其他三個參數對自由端晶粒度無明顯影響。

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，而后在固溶處理過程中，發生再結晶。受熱力學因素影響，溫度越高，能量越大，再結晶晶粒越大。

3　最佳工藝參數的確定

通過正交試驗與分析，初步確定最佳工藝范圍為：固溶溫度500～525℃，固溶時間150min，時效溫度165～175℃，時效時間8～10h。為進一步確定工藝制度，結合以上工藝參數進行試驗驗證，具體試驗驗證方案及結果如表4所示。

表4　試驗參數與結果

對驗證試驗結果進行分析與討論，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　結論

通過以上試驗，可以得出如下結論：

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

（2）固溶溫度對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。而固溶時間、時效溫度和時時間對其無明顯影響。

（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[M].長沙: 中南工業大學出版社，1989

[2]肖亞慶，謝水生，劉靜安，等.鋁加工技術使用手冊[M].北京：冶金工業出版社，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，遼寧沈陽人，工程師。

2016-01-20