熱處理工藝對(duì)合金導(dǎo)電性的影響范文

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Al-Mg-Si合金以Mg2Si相為強(qiáng)化相，屬于6×××系可熱處理強(qiáng)化鋁合金，該系合金具有良好的力學(xué)性能、耐蝕性及成性。鋁合金優(yōu)良的導(dǎo)電性，且價(jià)格較銀、銅等金屬低廉，因此Al-Mg-Si合金在導(dǎo)電部件中常被用于結(jié)構(gòu)及功能材料。本文以6063鋁合金為對(duì)象，研究T6熱處理工藝對(duì)鑄態(tài)及熱壓縮態(tài)鋁合金的導(dǎo)電性及力學(xué)性能的影響，為其生產(chǎn)提供科學(xué)基礎(chǔ)。

1試驗(yàn)材料及方法

1.1試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)澆注的6063鋁合金成分見(jiàn)表1所示，其鎂硅比值為1.67。由于小于1.73，因此在形成Mg2Si相后，過(guò)剩Si不會(huì)對(duì)Mg2Si在固態(tài)鋁中的溶解度產(chǎn)生影響[4]。試驗(yàn)中將試樣分為兩組，每組25個(gè)，且每5個(gè)試樣作為一個(gè)編號(hào)。其中第一組為鑄態(tài)試樣，第二組在420℃下進(jìn)行熱壓縮(壓縮率為75%)。將兩組試樣分別在525℃下進(jìn)行1.0h固溶處理，隨后在室溫下進(jìn)行水淬，且淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間低于3s，在淬火后0.5h內(nèi)對(duì)兩組試樣進(jìn)行時(shí)效處理。具體參數(shù)見(jiàn)表2。

1.2測(cè)試方法將兩組試樣加工成尺寸為10.0mm×10.0mm×300.0mm的電阻測(cè)試試樣，利用雙電橋法分別測(cè)量其電阻，并由式(1)求出電導(dǎo)率。式中，K為試樣電導(dǎo)率，IACS；R為試樣電阻，Ω；S為試樣平均橫截面積，mm2；L為試樣所測(cè)電阻間長(zhǎng)度，mm；ρ為材料室溫材料電阻系數(shù)；T為測(cè)定時(shí)試樣溫度，℃。將兩組試樣加工成尺寸為25.4mm×5.0mm×2.0mm的拉伸試樣(第二組沿壓縮方向切取)，在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行速度為3mm/min的拉伸實(shí)驗(yàn)。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1時(shí)效制度對(duì)導(dǎo)電性能的影響圖1是時(shí)效時(shí)間及溫度對(duì)試驗(yàn)合金電導(dǎo)率的影響。可以看出，合金電導(dǎo)率隨著時(shí)效溫度的升高而升高，且幅度逐漸增大。在相同時(shí)效溫度下，合金電導(dǎo)率在時(shí)效4.0h內(nèi)提升緩慢，當(dāng)時(shí)效時(shí)間達(dá)到6.0h，電導(dǎo)率上升幅度明顯增加。這是由于時(shí)效溫度越高或時(shí)間越長(zhǎng)，鋁基體中經(jīng)固溶處理產(chǎn)生的過(guò)飽和固溶體的溶質(zhì)原子析出越多，晶格扭曲減少，使合金的導(dǎo)電性不斷提高。但在相同熱處理制度下，壓縮態(tài)比鑄態(tài)合金電導(dǎo)率高。而根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知[5]，晶體缺陷為金屬中傳導(dǎo)電子的散射中心，增加缺陷數(shù)目即增加了電阻率，從而降低了電導(dǎo)率，因而大的塑性變形易導(dǎo)致電導(dǎo)率降低，這與試驗(yàn)結(jié)果相悖。這可能是由于：首先，相關(guān)文獻(xiàn)介紹的大塑性變形通常指冷加工變形，而實(shí)驗(yàn)所用試樣是通過(guò)熱壓縮得到，其變形所產(chǎn)生的缺陷較冷加工少；其次，經(jīng)熱壓縮后的試樣能夠焊合鑄態(tài)組織本身的缺陷(如氣孔、縮松等)，減少了缺陷的數(shù)量；最后，試驗(yàn)中測(cè)量的電導(dǎo)率是沿?zé)釅嚎s方向，結(jié)合圖2對(duì)試樣顯微組織的光鏡與電鏡觀察，可知鑄態(tài)鋁合金為樹(shù)枝晶，無(wú)明顯方向性。而圖2(b)和(d)顯示出熱壓縮后晶體明顯的方向性，這種方向性晶粒取向是提高電導(dǎo)率的因素。綜合以上三點(diǎn)原因，這是熱壓縮態(tài)合金比鑄態(tài)電導(dǎo)率高的原因。

2.2時(shí)效制度對(duì)力學(xué)性能的影響圖3是時(shí)效時(shí)間及時(shí)效溫度對(duì)試驗(yàn)合金抗拉強(qiáng)度的影響曲線。可以看出，熱壓縮后試樣的抗拉強(qiáng)度明顯高于鑄態(tài)試樣。這是由于經(jīng)過(guò)大變形熱壓縮后，會(huì)產(chǎn)生加工硬化，但部分加工硬化現(xiàn)象會(huì)被動(dòng)態(tài)回復(fù)現(xiàn)象抵消，而硬化機(jī)制產(chǎn)生的效果大于軟化機(jī)制，導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度明顯升高。由于合金的電導(dǎo)率與晶體點(diǎn)陣中的點(diǎn)缺陷密切相關(guān)，點(diǎn)缺陷引起的點(diǎn)陣畸變對(duì)傳導(dǎo)電子的散射作用明顯高于位錯(cuò)，因此回復(fù)階段合金的電導(dǎo)率已經(jīng)上升，這也與之前的結(jié)論相符合。圖3(a)是鑄態(tài)合金在不同時(shí)效溫度及時(shí)間下的抗拉強(qiáng)度(180℃以下)，可知，隨著時(shí)效時(shí)間的增加，其值升高，在時(shí)效8.0h處出現(xiàn)峰值；當(dāng)時(shí)效溫度升至190℃時(shí)，其值隨時(shí)效時(shí)間增加而升高，在6.0h處達(dá)到峰值；當(dāng)時(shí)效溫度為200℃時(shí)，其峰值出現(xiàn)在4.0h處；當(dāng)時(shí)效溫度為210℃時(shí)，其峰值在2.0h處。圖3(b)與圖3(a)結(jié)果相似，這可能是由于當(dāng)時(shí)效溫度較低時(shí)，經(jīng)固溶處理后過(guò)飽和固溶體中Mg2Si脫溶速度較慢，只有在低溫區(qū)間保溫較長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)過(guò)時(shí)效現(xiàn)象，但當(dāng)溫度較高時(shí)，β相產(chǎn)生速度加快，晶格畸變減小，導(dǎo)致合金強(qiáng)度降低，過(guò)時(shí)效時(shí)間變短。

3結(jié)論

（1）點(diǎn)缺陷引起的點(diǎn)陣畸變對(duì)試驗(yàn)合金傳導(dǎo)電子的散射作用高于位錯(cuò)，在熱壓縮過(guò)程中動(dòng)態(tài)回復(fù)階段合金的電導(dǎo)率上升。（2）熱壓縮焊合了鑄態(tài)合金大的組織缺陷，且晶體呈明顯取向性，熱壓縮態(tài)的合金較相同熱處理狀態(tài)的鑄態(tài)合金，電導(dǎo)率均隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高而提高。（3）低溫區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效與高溫區(qū)域短時(shí)間時(shí)效可明顯提高合金強(qiáng)度，且低溫長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效效果優(yōu)于高溫短時(shí)間時(shí)效。在相同熱處理?xiàng)l件下的熱壓縮態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度明顯高于鑄態(tài)合金，且峰值強(qiáng)度均出現(xiàn)在時(shí)效制度為180℃×8.0h時(shí)。（4）試驗(yàn)合金最優(yōu)熱處理工藝分別為：鑄態(tài)合金525℃×1.0h固溶處理+200℃×4.0h時(shí)效處理，熱壓縮態(tài)合金525℃×1.0h固溶處理+190℃×6.0h時(shí)效處理。

作者：夏菲 夏宗澤 黃笑伯 單位：國(guó)網(wǎng)遼陽(yáng)供電公司 東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院