退火溫度對8079鋁合金微觀結構和力學性能影響的研究

楊國文

（中國鋁業股份有限公司青海分公司，青海 西寧 810108）

8079鋁合金具有硬度高、耐磨性好、耐熱性強及抗腐蝕性好等優點，逐漸取代1235鋁合金，成為國內外生產鋁箔的主要材料之一[1,2]。相比1235鋁合金，8079鋁合金中含有較高含量的Fe元素，使得8079鋁合金在生產鋁箔時具有更高的力學性能，降低了斷帶的幾率，提高了生產效率和品質[3]。

但由于Fe在鋁合金中的固溶度低，8079鋁合金中存在大量以Al3Fe為主的富鐵第二相[4]。在鑄造、鍛壓、軋制和焊接時，隨著加工硬化程度的增加，合金的塑性下降，富鐵相便成為裂紋源，進而擴展為針孔。所以，改進合金組分和生產工藝，進一步提高8079鋁合金的塑性和強度是工業生產的訴求。

退火可以促進晶粒再結晶生長，改善或消除工件在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中，所造成的各種組織缺陷以及殘余應力，防止工件在生產過程中發生變形、開裂等現象，利于進一步切削加工。

8079鋁合金是硬質合金，對退火溫度很敏感，合適的退火溫度可以改善其力學性能。因此，本文采用合適的溫度對樣品退火處理，研究了8079鋁合金微觀組織和性能隨退火溫度不同的變化規律。

1 實驗

實驗具體的技術路線如下圖1所示。

對軋制后的8079鋁合金，采用型號ISX-7-I的電阻爐退火，溫度分別為400℃、450℃、500℃、550℃，時間為2h。

將退火處理好的8079鋁合金小板塊狀試樣用線切割機床進行切割成骨頭狀（用于拉伸實驗）和塊狀樣（1cm×1cm×1cm）（用于微觀結構的檢測及硬度測試）。用不同粗糙度的砂紙將塊狀試樣磨平至鏡面，并立即用Keller試劑（95%的蒸餾水+1%的HF+1.5的HCl+2.5%的HNO3）腐蝕，采用型號為DMI3000M的倒立式金相顯微鏡觀察晶粒形態，X-射線衍射儀（DB ADVANCE）測試相結構，采用能譜儀（ZEISS）測試材料中元素分布，采用萬能拉伸機（MODEL）和維氏硬度計（VH1102）測試材料的力學性能。維氏硬度計測試材料的硬度時，硬度計的加載時長10s，載荷為0.2kg，每個樣品取5個點，取平均值。

2 實驗結果分析

2.1 金相組織分析

圖1 技術路線圖

圖2 放大200倍-高倍的金相圖

圖2（放大200倍）為不同退火溫度下各試樣的金相圖。圖中A、B、C、D、E分別為未退火、400℃、450℃、500℃、550℃處理后的金相圖。

由圖2中的A圖可以看出沒有處理的8079鋁合金試樣的顯微組織為典型的纖維狀組織，晶粒的大小以及形狀不均勻，部分晶粒細小，沒有明顯的排列規律。由B圖所示，晶粒大致在13μm，排列疏松。由圖C可以看出，當退火溫度為450℃時，晶粒開始再結晶生長，并且晶粒間互相侵食、吞噬，晶粒的排列比較密，晶粒大小大致都在16μm左右。

當退火溫度達到500℃時（圖D），晶界明顯，晶粒尺寸和形狀大部分區域幾乎一致，而且組織中晶粒排列緊密，為18μm左右，晶粒長大現象明顯，晶界處的析出物逐漸變多。

當退火溫度高達550℃時（圖E），晶粒急劇長大，約22μm。

2.2 掃描電子顯微鏡和EDS數據分析

圖3 500℃退火后8079鋁合金的能譜圖

圖3為500℃退后后8079鋁合金EDS分析圖譜。由圖可以看出合金中含有Al、Fe、Mn、Cu、Mg、Si等元素，這些元素是合金的組成元素，其它元素均雜質元素。Fe和Si元素在晶界處偏聚，可能是因為Fe、Si與Al或其他元素結合形成第二相，這些相在晶界處偏聚。

2.3 X-射線衍射結果分析

如下圖4為8079鋁合金試樣經不同溫度退火后得到的X-射線衍射圖譜。

圖4 8079-B試樣在不同退火溫度下X-射線衍射對比圖

圖4中可知，當試樣經過不同溫度退火后，合金中所含相的種類基本上沒有變化，合金中可能含有Si、Mn、Fe等的第二相，因為他們在合金組分中的含量較少，沒有出現明顯的峰。

Al相在450℃退火處理時的峰形最高，之后又趨于下降。

合金中Fe的第二相隨著退火溫度的不斷升高，峰形逐步在下降，說明了Fe的第二相隨著退火溫度的不斷提高。

2.4 硬度測試結果分析

測得經過不同溫度退火之后8079鋁合金試樣的硬度值如下表1所示：

表1 退火與退火后的8079鋁合金硬度值

可以看出未退火試樣的硬度最高為38.9Hv。退火溫度逐漸升高，試樣的硬度也隨之降低。可能是因為，晶粒越小，晶界就越多，對位錯運動產生的阻礙就越大，宏觀上就是硬度越大；反之，晶粒越大，晶界就越少，對位錯運動產生的阻礙就越小，宏觀上就是硬度越小。退火消除了試樣冷變形產生的加工硬化。

圖5 不同溫度退火后8079鋁合金拉伸結果

2.5 拉伸實驗結果分析

如下圖5所示為8079鋁合金試樣經不同退火后，得到的拉伸實驗的對比圖如圖5。

由圖5可知，未退火的8079鋁合金抗拉強度為115MPa左右，其延伸率為31%。經過400℃退火處理過的試樣其拉伸應力有明顯的降低，為110MPa左右，其延伸率為38%左右，高于未退火的樣品。

隨著溫度升高到450℃，試樣的拉伸應力繼續降低到102MPa左右，拉伸應變繼續增大，其延伸率為43%左右。

當退火溫度升高到500℃時，拉伸應力降到最低值，為94MPa，拉伸應變升到最大值，其延伸率為52%左右。因為試樣經過退火處理后，消除了殘余應力或得到半硬性質。當退火溫度繼續升高時，550℃退火處理的樣品拉伸應力沒有繼續降低反而又有所增大，為97MPa左右，其拉伸應變也沒有繼續增大反而也有所減小，其延伸率為45%左右。說明晶粒急劇增大-過熱了。

由此得出當退火溫度在500℃左右時，試樣經過拉伸得到的數據最佳。

3 結論

（1）未經退火處理的8079鋁合金軋制試樣組織中，晶粒分布不均勻。合金組織中第二相Al3Fe相的峰形很高，合金延伸率極低，硬度大，力學性能較差。

（2）當試樣退火溫度從400℃逐步升到500℃過程中，合金組織中晶粒再結晶生長，晶粒也從細小的等軸再結晶，晶粒大小、形狀逐漸趨向于一致，合金的延伸率逐漸變大，硬度減小。當退火溫度為500℃時，合金組織均勻，延伸率達到最佳值。

（3）當退火溫度為550℃時，雖然合金硬度值持續降低，第二相Al3Fe相的峰形也有所降低，但合金的延伸率卻比500℃退火時相比又減小，組織中晶粒也急劇增大，而比較粗大的晶粒在彎曲、沖壓時會有很多缺陷產生，而8079鋁合金在工業中主要用于生產鋁箔，鋁箔在生產過程中會進行深沖或是彎曲加工等，合金組織中晶粒不宜粗大。

因此，當8079鋁合金的退火溫度在500℃時，得到的8079鋁合金的硬度與塑性兼顧，能較好的滿足工業中8079鋁合金的使用，也較好的滿足了工業生產中用8079鋁合金生產鋁箔時的需求。