固溶-时效对6082合金挤压棒材组织性能的影响
6082合金属于Al-Mg-Si系中强铝合金，具有良好的耐蚀性和加工性能，广泛应用于大型焊接结构件、航海用零件、交通运输及模具加工用坯料。国内外对6xxx系合金的加工工艺、热处理制度和强化机理等进行了大量研究，但主要集中在6063、6061、6005等几种合金上。对于6082合金，邹永恒等采用力学性能和金相的方法研究了其热处理参数，王荣等对挤压生产工艺参数进行了研究，于洪伟等研究了热处理制度对其电导率的影响，金曼等研究表明Cu的存在促进了合金时效初期GP区的形成。在工业生产中挤压与固溶处理是同时进 行的，称之为在线固溶处理。一般来说，挤压出口温度等于固溶温度，也就是挤压温度加上挤压温升。本文研究的目的是优化热挤压后的固溶温度和随后的时效制度，由于不能将实际生产的热挤压与固溶过程 分开，故先进行热挤压得到挤压棒，再研究固溶对挤压后棒材的影响。采用力学性能、硬度、电导率测试和电子显微分析技术，研究了固溶-时效处理对6082铝合金挤压棒材组织与性能的影响，旨在为该合金的挤压及热处理工艺优化和合金显微组织研究提供实验依据。 1材料与实验方法 1.1实验材料
实验合金熔炼后采用半连续铸造，合金经560℃×6 h均匀化处理后在800 T卧式挤压机上进行挤压，得到直径16 mm的棒材，挤压速度为10 m/min挤压系数为29.7，挤压出口温度为550℃。合金化学成分见表1。(wt%)
Mg Si Fe Cu Mn Cr Ti Al 0.78 0.85 0.17 0.05 0.42 0.1 0.1 Bal. 1.2实验方法
热挤压棒材在515～555℃温度范围内进行50 min固溶处理工艺优化研究，固溶后水淬，然后在FN101-1S鼓风干燥箱中进行170℃×8 h时效处理;参照先前时效温度对合金性能影响的研究工作，时效温度选择在170℃，时效时间为0、0.5、1、2、4、6、8、10、12 h。采用HBE-3000硬度计和D60K数字金属测量仪对不同处理状态合金棒材进行硬度和电导率测试。棒材拉伸力学性能测试在CSS-44100材料实验机上进行，拉伸速度为2 mm/min。采用背散射扫描电子成象技术对物相进行观察。金相试样经阳极覆膜后在POLYVER-MET显微镜上进行金相显微组织观察。薄膜样品经机械预减薄后再双喷电解减薄，在TECNAIG220电镜上进行透射显微组织观察，加速电压为200 kV。 2实验结果
2.1固溶-时效对合金棒材性能的影响固溶温度对6082合金棒材性能的影响见图1。
结果表明，固溶时间为50 min时，随固溶温度的升高，6082时效态合金的抗拉强度、屈服强度和硬度都呈升高的趋势，545℃后强度升
高缓慢基本上达到峰值，延伸率则变化不大;固溶态合金电导率单调下降，到545℃后基本维持稳定。综合考虑合金的拉伸性能、硬度和电导率，可以看出545℃×50 min为合金适宜的固溶处理制度。时效时间对6082合金棒材性能的影响见图2。
结果表明，6082合金有明显的时效硬化现象，时效温度为170℃时，随时效时间的延长，合金时效初期的强度和硬度急剧上升，随后缓慢上升达到峰值，继续时效，硬度和强度又随之下降。伸长率随时效时间延长单调下降，而电导率则随时间的延长而上升，时效8 h后基本趋于平稳。
综上所述，合金棒材适宜的固溶-时效制度为545℃×50 min固溶水淬，170℃×8 h时效，在此条件下，合金棒材的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为367 MPa、341 MPa和14.1%。
不同处理状态合金的显微组织特征6082合金挤压态与固溶态显微组织图片见图3，
结果表明，挤压态合金晶粒尺寸非常大且沿挤压方向拉长;在515℃和545℃下固溶50 min晶粒大小基本没有变化，也同样为沿挤压方向拉
长的组织，即热挤压后固溶处理对合金晶粒尺寸大小影响不大。 不同处理状态合金电子扫描显微组织见图4。
结果表明，热挤态合金基体中可以看到许多2～10μm形状不规则的夹杂相，545℃×50 min固溶处理后合金中的夹杂相并未消失(图4b)。能谱分析以及文献［9］表明这种夹杂相为α-(AlMnFeSi)相。图4中黑色或灰色点是由于夹杂相脱落形成的孔洞。
不同处理状态合金棒材的透射电子显微组织见图5。结果表明，热挤态合金基体中除粗大的α-(AlMnFeSi)相外，还可以观察到一些短棒状相和亚微米级的Mg2Si平衡相(图5a);固溶后，亚微米级的Mg2Si平衡相基本消失，但α-(AlMnFeSi)夹杂相和短棒状相仍然保留下来(图5b)，能谱分析表明，短棒状相是含Cr和Mn的相;170℃×8 h时效后，固溶体基体上析出大量弥散针状析出相，这些析出相长度为20～50 nm，由电子衍射花样可知，其析出方向沿铝基体的［100］和［010］方向。根据Al-Mg-Si合金的析出序列及相关文献可知［2，10，11］，这些弥散针状析出相为β″相。 3分析与讨论
3.1热挤态合金组织性能分析
6082挤压态合金组织除固溶体基体外，还包括微米级的含Cr和Mn的短棒状相、亚微米级的Mg2Si平衡相和α-(AlMnFeSi)夹杂相。亚微米级的Mg2Si平衡相主要是合金挤压后挤压出口温度比较高，连续 冷却过程中固溶体会先后分解和析出，由于析出温度比较高，所以析出相比较粗大(图5a)。6082合金中主成分是Al、Mg、Si，微量元素
是Mn、Cr、Ti。合金成分设计时，Mg和Si的作用是固溶－时效后在铝基体上形成纳米级Mg2Si强化相，Ti的作用是和Al形成Al3Ti细化铸造晶粒;Cr和Mn的作用是和Al形成Al7Cr和Al6Mn等，使之能部分抑制合金热加工和热处理过程中的再结晶(图3);Mn还会与Al、杂质元素Fe和过剩Si形成热稳定性比较高的AlMnFeSi，545℃×50 min固溶处理条件下很难溶解仍然被保留下来(图4)。 3.2固溶对合金组织性能的影响
固溶处理的目的是在不过烧的前提下使合金中原粗大的析出相尽可能地溶入到基体，提高溶质原子在基体中的固溶度，进而增加时效过程中强化相的相变驱动力，以便时效过程中析出尽可能多的细小强化 相，达到使合金强化的目的。与此同时，还必须控制固溶过程中的晶粒长大。实验结果表明，对于6082合金，固溶温度从515℃上升到545℃时，合金的晶粒与挤压态相比没有明显长大，且仍为沿挤压方向拉长的组织(图3);固溶处理对α-(AlMnFeSi)相的影响也不大(图4、图5);6082合金进行545℃固溶50min后，合金中Mg2Si相等已消失(图5b)，继续升高固溶温度，合金的强度和电导率变化不大，表明固溶 处理已经完全。因此合金棒材适宜的固溶处理工艺为545℃×50 min固溶，水淬。
3.3时效对合金组织性能的影响
Al-Mg-Si合金是典型时效硬化合金，尽管时效过程中有关过渡相β″和β′的相结构和成分的研究结果不尽相同，但是合金的析出过程总体上可以表述为过饱和固溶体α→GP区→random→针状β″亚稳相
→杆棒状β′亚稳相→盘状β平衡相［11］ 。合金经170℃×8 h时效后，固溶体基体上沿［100］Al和［010］Al方向析出大量弥散的针状相，这些针状析出相长20～50 nm(图5)。研究表明［9，12］，尺 寸为纳米量级的β″相与基体共格，位错与这种粒子的相互作用主要是切割机制，强化效果先是随颗粒尺寸的增加而增加，当强度达到峰值后继续时效，粒子会粗化逐渐转变β′相和β相，强化效果大大降低，合金的强度开始下降。因此170℃×8 h时效达到峰值后强度又开始下降。可以看出，170℃×8 h时效是6082合金棒材较适宜的时效处理工艺。
3.4固溶-时效对合金电导率的影响
金属的电阻率与电子的平均自由程有关，对电导率影响最大的是固溶体的固溶程度［13-14］。固溶温度升高，平衡相溶解，溶质原子在基体中的过饱和程度
增大，基体畸变程度也相应增大，基体点阵中电子散射源的数量和密度增加，导电电子的平均自由程减小，使电子受散射的几率增大，合金电导率降低。另一方面，固溶温度升高，基体中原有的位错等缺陷减少，基体点阵中电子散射源的数量和密度减少，电导率会升高。总体来说，随固溶温度升高合金电导率降低。当平衡相溶解达到极限后，合金电导率就不再变化，从一个侧面反映出固溶过程基本完全，这就是图1的情况。时效过程中，过饱和固溶体的分解，基体中的过 饱和程度降低，合金电导率升高，随着时效时间的延长，固溶体的分解析出愈彻底，基体中的过饱和程度愈低，合金电导率愈高;另一方
面，固溶体的分解析出GP区或者第二相，GP区也会使电子受散射的几率增大，从而又会引起合金电导率的下降。但总体来说，随时效时间的延长合金电导率是上升的。当固溶体的分解析出基本完成后，合金电导率就不再变化，图2的结果也说明了这一点。 4结论
1)6082挤压态合金组织除固溶体基体外，还包括微米级的含Cr和Mn的短棒状相、亚微米级的Mg2Si平衡相和α-(AlMnFeSi)夹杂相。固溶过程中亚微米级的平衡Mg2Si相溶解，微米级的含Cr和Mn的短棒状相和α-(AlMnFeSi)夹杂相仍然保留下来，时效过程中过饱和固溶体分解析出β″相;
2)合金棒材适宜的固溶-时效制度为545℃×50 min固溶水淬，170℃×8 h时效，在此条件下，合金棒材的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为367 MPa、341 MPa和14.1%;
3)合金电导率测量能够很好的反映合金在固溶过程中的固溶程度和时效过程中过饱和固溶体分解析出的程度，是固溶-时效工艺优化研究的有效方法。
