預時效對6005A鋁合金自然時效及人工時效性能的影響

李秋梅，劉兆偉，潘 巖，鄭雅如，馬龍飛

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

由于Al-Mg-Si系鋁合金在日常生活中發生自然時效是無法避免的，而預時效的提出就是為了解決Al-Mg-Si系鋁合金自然時效產生的不利影響。簡單來說，預時效就是在合金經過固溶淬火之后自然時效之前引入一段時間的高溫(大于100℃)時效[1]。已有很多研究表明[2-4]，Al-Mg-Si系鋁合金固溶淬火之后立刻進行預時效處理能夠有效減少自然時效的負面效應，主要應用在合金在烤漆前的硬度比較低，而又能明顯促進后期的烤漆效果，使烤漆后合金的強度比較高，對汽車的成形性能有一定的影響的領域。目前，預時效處理工藝對烤漆硬化的研究很多，但預時效對人工時效硬化效果產生的影響并未有具體的研究。因此，本文主要研究預時效對自然時效的影響以及預時效對后續人工時效產生的影響，為預時效在生產工藝中起到關鍵性的作用提供理論依據。

1 實驗方法

本文利用36MN擠壓機對6005A鋁合金鑄棒進行擠壓，擠壓型材尺寸為150mm×50mm×2mm；合金成分(質量分數，%)為，Si 0.55，Fe 0.15，Cu 0.17，Mn 0.49，Mg 0.68，Cr 0.17，Ti 0.05。擠壓后在24h之內進行180℃×10min的預時效處理，分別對預時效與未預時效的鋁合金停放1d、2d、4d、6d、8d、10d進行力學性能研究。同時對停放1d后的鋁合金進行人工時效研究，時效工藝分別采用未預時效+200℃×(4h、6h、8h)和預時效+200℃×(4h、6h、8h)。

本文主要在AX10型光學顯微鏡(OM)上進行顯微組織觀察，觀測鋁合金擠壓型材中第二相分布及晶粒大小。在AG-X100KN型電子萬能試驗機上進行室溫力學性能測試，測試自然時效及人工時效下力學性能變化情況；采用折彎試驗機對鋁合金擠壓型材進行折彎性能檢測；利用晶間腐蝕試驗研究不同時效制度下鋁合金擠壓型材腐蝕性能。

2 實驗結果

2.1 預時效對自然時效的影響

圖1為停放不同天數未預時效與預時效后自然時效力學結果。

圖1 自然時效下的力學性能Fig. 1 Mechanical properties under natural aging

可以看出相同停放時間下，經過預時效的鋁合金整體力學性能均低于未預時效的。相關文獻表明[5-6]：這是由于擠壓后立即進行短時預時效，一方面，基體中將形成大量的、尺寸較大的β″核心，從而造成過飽和固溶體中溶質的分布不均勻，降低非β″核心處基體中溶質的過飽和度，抑制了隨后自然時效的硬化效果，導致強度低于未預時效的鋁合金。另一方面，在預時效過程中，Cluster原子團聚的形成可以在很大程度上降低了鋁基體中溶質原子的過飽和度，這樣就很好的抑制了自然時效過程中原子團簇的形成。未預時效的鋁合金在自然時效下，強度隨停放天數的增加呈上升趨勢；預時效的鋁合金，自然時效2d～4d強度呈上升趨勢，4d以后，強度變化不大；預時效處理對自然時效斷后伸長率影響不大，整體變化趨勢與未預時效相一致。因此，預時效可以抑制自然時效停放天數對鋁合金擠壓型材不穩定性的影響。

2.2 預時效對人工時效后顯微組織的影響

圖2為未預時效與預時效下不同時效制度的顯微組織。經過預時效的鋁合金顯微組織中析出較多均勻分布的灰色析出相，含有少量黑色結晶相；未預時效的鋁合金出現較多粗大的黑色結晶相，含有少量灰色析出相。灰色析出相的析出說明預時效降低了鋁基體中溶質原子的過飽和度，更容易形成過飽和固溶體，促進后續時效析出相的形成。

(a)200℃×4h; (b)200℃×6h;(c)200℃×8h;(d)預時效+200℃×4h;(e)預時效+200℃×6h;(f)預時效+200℃×8h圖2 人工時效下的顯微組織Fig. 2 Microstructure under artificial aging

圖3為未預時效與預時效下不同時效制度的偏光顯微組織?？梢钥闯觯涍^預時效的鋁合金存在大量的纖維狀組織；未預時效的鋁合金未出現纖維狀組織，再結晶晶粒較多。

(a)200℃×4h；(b)200℃×6h；(c)200℃×8h；(d)預時效+200℃×4h；(e)預時效+200℃×6h；(f)預時效+200℃×8h 圖3 人工時效下的偏光顯微組織Fig. 3 Polarized microstructure under artificial aging

2.3 預時效對人工時效后性能的影響

圖4為未預時效與預時效下不同時效制度的力學性能。預時效態的鋁合金經過人工時效后強度明顯高于未預時效態的鋁合金，時效溫度一定時，隨著時效時間的延長，強度均呈先增加后降低的趨勢，時效時間為6h時強度最高。相關文獻表明[7]，這是由于預時效的鋁合金擠壓型材，鋁基體內部原子團簇和GP區增多，為第二相的形成提供了更多的形核點，人工時效過程中形成的強化相越多越細，因此經過預時效的鋁合金人工時效后強度升高。預時效處理引入的位錯會在后續時效過程中為β″相提供異質形核點，促進β″相形成。β″相的形成促使強度升高，隨著時效時間延長為8h時，可能會形成穩定的β相，失去了與基體之間的共格關系，從基體中析出，導致強度下降。

圖4 人工時效下的力學性能 圖5 人工時效下的折彎角度Fig. 4 Mechanical properties under artificial aging Fig. 5 Bending angle under artificial aging

圖5分別為未預時效和預時效下不同時效制度的折彎性能。合金的塑性直接影響著鋁合金的成形性能，由圖可以看出，預時效的鋁合金人工時效后，隨著時效時間的延長，折彎角度先變小后增大，但橫、縱向差異不大；未預時效的鋁合金人工時效后，隨著時效時間的延長，折彎角度逐漸增加，橫、縱向差異較大。預時效鋁合金無論是橫向還是縱向折彎角度均低于未預時效的鋁合金，這是由于預時效的鋁合金出現纖維狀組織，未預時效的鋁合金出現再結晶組織，再結晶晶粒比纖維狀晶粒內部位錯密度低、尺寸大，位錯滑移的阻力小，故預時效的鋁合金折彎性能低于未預時效的鋁合金。

2.4 預時效對人工時效后腐蝕性能的影響

圖6為未預時效與預時效下不同時效制度的晶間腐蝕，隨著時效時間的增加，腐蝕性能逐漸減弱。相同時效時間下，未預時效的鋁合金晶間腐蝕深度較預時效的鋁合金腐蝕深度較深，預時效可有效提高鋁合金的抗腐蝕性能。這是由于預時效鋁合金呈纖維狀組織，晶粒較未預時效大，晶粒細小可促使合金組織內部的電化學電位差較大，加快腐蝕程度。

(a)200℃×4h；(b)200℃×6h；(c)200℃×8h；(d)預時效+200℃×4h；(e)預時效+200℃×6h；(f)預時效+200℃×8h圖6 人工時效下的晶間腐蝕Fig. 6 Intergranular corrosion under artificial aging

3 結論

(1)預時效可有效抑制自然時效不穩定性帶來的負面影響，經過預時效的鋁合金自然時效強度變化較平穩；強度較未預時效的低；

(2)經過預時效的鋁合金人工時效后力學性能較未預時效的高，橫、縱向折彎性能差異較?。?/p>

(3)預時效的鋁合金人工時效后抗腐蝕性能較未預時效的好。