6082铝合金铸棒力学性能研究.pdf

性能研究RECHULIJISHU YUZHUANGBEIOctober,20232023年10 月Vol.44,No.5热处理技术与装备第44卷第5期6082铝合金铸棒力学性能研究曹振华，韩世涛，罗昊东，周军，张海潮，李承豫（辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳111003)摘要：针对某批6 0 8 2 铝合金铸棒出现力学性能不合格问题，选取断后伸长率最大和最小的试样，采用宏观形貌、微观断口形貌、金相组织观察等方法，分析6 0 8 2 铝合金铸棒力学性能不合格的原因。结果表明，表面质量对试样力学性能的影响比较明显。试样宏观断口均为脆性断裂，断后伸长率高的试样断口呈凸凹起伏，韧窝有一定深度；而断后伸长率低的试样断口平直，韧窝浅而平。断后伸长率低的试样疏松、非金属夹杂较多，个别位置还有氧化膜缺陷；断后伸长率高的试样缺陷密度小。关键词：6 0 8 2 铝合金；力学性能；断后伸长率；显微组织中图分类号：TG115.5，T G 3 3 5.6文献标识码：A文章编号：16 7 3-497 1(2 0 2 3)0 4-0 0 3 5-0 4Research on Mechanical Properrtiesofhux2Aluminum Alloy Cast RodCAO Zhen-hua,HAN Shi-tao,LUO Hao-dong,ZHOU Jun,ZHANG Hai-chao,LI Cheng-yu(Liaoning Zhongwang Group Co.,Ltd.,Liaoyang Liaoning 111003,China)Abstract:The mechanical properties of a batch of 6082 aluminum alloy cast rods were found to be unqual-ified,the samples with the largest and smallest elongation after fracture were selected to analyze the reasonsfor the unqualified mechanical properties of 6082 aluminum alloy cast rods through macroscopic morpholo-gy,microscopic fracture morphology and metallographic observation,etc.The results showed that the sur-face quality had obvious influence on the mechanical properties of the samples.The macroscopic fracturesof the samples were brittle fractures.The fracture of the samples with high elongation after fracture showedconvex and concave fluctuations,and the dimples had a certain depth.The fracture of samples with lowelongation after fracture was straight,and the dimples were shallow and flat.The samples with low elonga-tion after fracture were loose,with many non-metallic inclusions,and there were oxide film defects in indi-vidual positions.The sample with high elongation after fracture had a low defect density.Key words:6082 aluminum alloy;mechanical properties;elongation;microstructure随着能源危机日趋严重，对汽车减重节能的要求不断提高，轻量化已成为汽车选材的主要发展方向。6 0 8 2 铝合金属于Al-Mg-Si系合金，以Mg2Si为强化相，为热处理可强化铝合金，该合金具有中等强度、良好的塑性、耐蚀性好、成形性和工艺性能良好等优点，广泛应用于曲轴、半轴、凸轮轴、连杆和气门顶杆等汽车零件锻造生产中 1-2 。某批锻造用6 0 8 2铝合金铸棒，送检的2 0 件试样中发现13 件力学性能不合格,其中断后伸长率不合格的有11件。本文选取断后伸长率最大和最小的试样，采用宏观观察、微观断口形貌、金相组织（光学、SEM、ED S）等检测手段，分析6 0 8 2 铝合金铸棒力学性能不合格的原因。收稿日期：2 0 2 3-0 3-15作者简介：曹振华（198 8 一），男，工程师，本科，主要从事铝合金挤压热处理工艺研究及检验工作。联系电话：150 41998 591;E-mail:36第44卷热处理技术与装备1试验过程试验材料为110mm的6 0 8 2 铝合金铸棒，熔铸工艺为：熔炼搅拌一分析转铸一在线除气精炼、过滤一半连续铸造一冷床一锯切一检查一去皮一铣面和倒角一合格圆锭。使用Nabertherm空气循环炉对试样进行550 固溶保温2 h，水淬，190 时效保温5h，热处理后制备成金相和拉伸试样。使用日本岛津AG-X100KN型电子万能试验机进行拉伸试验，使用AXIO万能研究级倒置式材料显微镜、SSX-550分析扫描电子显微镜进行金相组织观察。2试验结果及分析2.1试样表面粗糙度及尺寸的影响试验材料经固溶时效处理后在直径1/4处取样 3 ,加工成不同尺寸的力学性能试样若干。利用车床车出表面不同深浅度的加工痕，利用粗糙度测量仪的测试结果表征加工试样的加工痕深浅程度，作为衡量表面质量的参考。对不同尺寸与粗糙度的试样进力学性能检测，结果见表1。随着试样平行段粗糙度的增加，5mm试样的屈服强度和抗拉强度分别降低4%、3.3%，断后伸长率降低12.9%；而10mm试样的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率变化不大。这说明直径越小，缺口应力集中的敏感性越大。随着塑性变形量的增加，材料通过应变硬化来补充横截面的减少，如果表面有缺口，塑形变形集中在该区域，不均匀变形导致断后伸长率降低。试样横截面越小，缺口处应力集中的影响越大，对力学性能的影响越显著。表1不同试样尺寸与粗糙度结果对比Table1Comparison of the size and roughness of different samples平行段5 mm平行段10 mmRa/umR,0.2/MPaRm/MPaA/%Rp0.2/MPaR.m/MPaA/%325.1/329.5/318.2348.9/353.9/342.814/13.5/14.2311.4/320.4/321.8337.3/344.8/345.711.2/11/121.0 2.0平均值：3 2 2.2平均值：3 47.0平均值：14.0平均值：3 18.4平均值：3 43.4平均值：11.4314.6/306.5/307.1337.7/337.7/331.812/12.5/12312.7/314.8/316.8339.1/340.7/341.210.6/12.6/12.56.08.0平均值：3 0 9.4平均值：3 3 5.7平均值：12.2平均值：3 14.8平均值：3 40.3平均值：11.92.2断口形貌2.2.1宏观形貌图1为断后伸长率合格与不合格试样的断口形貌。由图1可知,试样断口上均未见颈缩痕迹，为脆性断裂。断后伸长率合格试样断裂从心部开始，且断口凸凹起伏，说明尚有一定的塑性；而断后伸长率不合格试样的断口较为平整，脆性断裂特征更为明显。还可以看出，试样均从心部开裂。(b)（a)断后伸长率合格试样；（b）断后伸长率不合格试样图1宏观断口形貌(a)sample with qualified elongation after fracture;(b)sample with unqualified elongation after fractureFig.1Macroscopic fracture morphology2.2.2微观形貌试样微观断口形貌见图2。由表2 可见，塑性高的断口，韧性断裂特征明显，如撕裂岭面积大、韧窝小而深，说明断裂吸收的能量多；而塑性低的断口表现为解理脆性断裂和少量韧性断裂，韧窝平且大，无撕裂痕迹，撕裂岭面积小，说明断裂时吸收的能量少。从金相组织上分析，塑性低的断口，缺陷密度较大；塑性高的断口，缺陷密度小。两种断口具体区别如下：1)第二相或夹杂相密度与尺寸不同。塑性高的断口，孔洞较深，有明显扩张趋势，内部相尺寸小，为拉伸形成的韧窝；塑性低的断口，韧窝宽而平，无明显的扩张趋势，为硬质颗粒从断面上拉拔下后留下的空洞-韧窝，残留在孔洞内的颗粒尺寸较大。2）塑性低的试样部分存在氧化膜缺陷。塑性低（断后伸长率2.3%）的试样断口在SEM下可见明显的亮片区域，呈鳞片层状堆叠，无韧窝及位错滑移痕迹，且附近存在许多大小不一的疏松，符合氧化膜及气渣伴生的特征。该缺陷的存在，割裂了基体的连续性，导致材料伸长率降低。37第5期曹振华等：6 0 8 2#铝合金铁力学性能研究3）疏松密度不同。在部分断口上可发现大小不一的梯田花样、沙滩花样的疏松存在，并伴有硬质颗粒或夹杂（白色圆圈），疏松严重时铸锭的塑性变差。50um20um10um158V473850um20umAL10um201(h）50um20umPt1oumMa158EV00100（a，b c）试样断后伸长率为12.3%；（d,e,f)试样断后伸长率为2.3%；（g，h,i)氧化膜形貌图2 微观断口形貌(a,b,c)elongation of the sample is 12.3%;(d,e,f)elongation of the sample is 2.3%;(g,h,i)morphology of oxide filmFig.2Microscopicfracturemorphology2.3金相组织6082铝合金铸棒基体显微组织呈铸态均质特征，存在枝晶结构，且网络断续分布。分别对基体中存在的典型颗粒进行了定性分析，并对比了不同断后伸长率试样中各颗粒的数量和分布2.3.1基体及典型颗粒EDS分析基体中存在的各种典型颗粒，在光学显微镜下和扫描电镜二次电子镜像中颜色略有差别。在二次电子图像上取样，并对颗粒进行了EDS分析，见图3和表2。1)基体成分。基体含Mg、Si、A l 元素，且各元素含量与实际成分基本相近，说明分析误差较小。此外，基体中无C、O 等元素，说明本次SEM状态较好，无C、O 等系统干扰。因此,若其他颗粒中含C、O,则基本视为该元素在颗粒中真实存在。2）灰黑色颗粒呈球状或椭圆状（光学显微镜下呈蓝黑色），富含Si及少量O,分析可能为Si的初生相或氧化物。3）灰色块状、骨骼状或不规则形状相为AlFeMnCrSi的化合物。4）白色颗粒（光学显微镜下为黑色）大小不等，形状也略有差异，有的呈块状，有的不规则。该白色颗粒均不导电，可判断该类物质为非金属。EDS结果显示，白色物质由Al和O组成，或由Mg和O组成，或为C、O、S、Si 等物质组成（形貌上类似硅酸盐类物质）,因此分析白色物质为Al,O，、M g O 或硅酸盐类物质。（a）灰黑色球状颗粒(b)基体白色颗粒2自色颗粒1AlFeMnCrSi相20umMWDPobe50umPNe150AV50501756155t图3基体及典型颗粒形貌Fig.3Matrix and typical particle morphology38第44卷热处理技术与装备表2 基体及典型颗粒EDS分析（质量分数，%）Table2EDS analysis of matrix and typical particles(mass fraction,%)位置AIMgSi0CSCIGaCrMnFeKSr推测结果基体96.771.651.57黑色颗粒47.980.7727.1924.03富硅相灰色相67.341.8213.951.489.176.22AlFeMnCrSi相52.811.210.7623.0920.690.370.37Al,033.0540.190.4255.810.49MgO白色颗粒0.520.2821.4871.812.660.480.670.630.86非金属1.400.2535.9262.40硅化物2.3.2试样的组织对比不同断后伸长率试样的金相组织见图4。由图4可见，断后伸长率低（2.3%）的试样基体中存在数量较多的非金属夹杂（Al,O3、M g O、盐类物质），个别尺寸较大。这些大小不一的非金属类夹杂割裂了基体的连续性，在拉伸变形过程中，夹杂物与基体间易形成微裂纹和不均匀的变形区，在应力作用下导致脆性断裂,形成平而宽的空洞-韧窝 4。分析认为，大量该类物质的存在是导致断后伸长率降低的主要原因。还可以看出，不同断后伸长率试样中深蓝色球状颗粒（富Si相）及灰色AIFeMnCrSi相面积分数相差不大。这些夹杂颗粒也会阻碍材料的塑性变形,拉伸时形成应力集中，导致微裂纹形成。因此，显微缺陷的存在均会加速材料的破断过程，最终表现为材料拉伸性能的下降 5。缺陷越多，密度越大，塑性越差，断后伸长率越低。(a)(b)富i相AlFeMnCrSi相50um50um15V(c)(d)富S相AlFeMnCrSi相Al.0;、M g O、盐类物质50um50um4（a,b)试样断后伸长率为11.4%；（c,d)试样断后伸长率为2.3%图4不同断后伸长率试样的金相组织(a,b)elongation of the sample is 11.4%;(c,d)elongation of the sample is 2.3%Fig.4Microstructure of sample with different elongation3结论1）表面质量对6 0 8 2 铝合金铸棒的力学性能影响比较明显，随着表面质量降低，其屈服强度、抗拉强度、伸长率均呈下降趋势；平行段直径越小，缺口应力集中的敏感性越大，试样表面质量对力学性能的影响越大。2)6082铝合金铸棒的宏观断口为脆性断裂。断后伸长率高的试样断口呈凸凹起伏状，韧窝有一定深度；而断后伸长率低的试样断口平直，韧窝浅而平。3）断后伸长率低的试样存在疏松、非金属夹杂较多（氧化物或类似硅酸盐类物质）的现象，个别位置还有氧化膜缺陷；而断后伸长率高的试样缺陷密度小。参考文献1王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册M.长沙：中南工业大学出版社，198 9.2肖亚庆，谢水生，刘静安，等.铝加工技术实用手册M北京：冶金工业出版社，2 0 0 5.3董军贺，韩启强，刘伟南，等均匀化温度对6 0 8 2 合金组织及性能的影响 J.有色金属加工,2 0 2 2,51(2）：55-59.4陈贵子，钟华萍.铝型材典型缺陷的预防措施 J.铝加工,19 9 9,2 2(5):2 7-2 9.5应志强.浅谈减少铝合金铸锭缺陷的措施工艺A.2020年中国铝加工产业年度大会论文集（下册）C.2020.