热处理对5083铝合金挤压型材的晶间腐蚀与力学性能的影响

　　5083铝合金属于Al-Mg系铝合金,具有良好的塑性、抗腐蚀性及焊接性，该合金板材主要用于模具制造业、造船业、运输业,是制作快艇、潜艇、气垫船等的重要材料。该合金在100℃以上稳定化退火,容易沿晶界析出β相(Al3Mg2),从而对晶间腐蚀和应力腐蚀(SCC)非常敏感。目前,大量的研究主要集中在合金成分、稳定化处理工艺及预变形量对5083铝合金综合性能的影响,如在Al-Mg合金中添加Zn,在晶界形成τ相(Mg32(Al,Zn)49),从而抑制β相的析出,降低SCC敏感性。如何在合理控制合金成份的基础上,合理调控均匀化退火的各个参数是提高合金综合性能最便捷、最经济的手段。本文研究了挤压、稳定化处理、退火对晶间腐蚀、力学性能的影响,通过光学显微镜、扫描电镜分析了其变化规律,为得到综合性能较好的5083铝合金奠定了基础。

　　1、实验材料及方法：

　　通过热轧、中间退火、挤压制得5083铝合金板,挤压后的试样经过不同的热处理,其热处理方案如表1所示。

　　状态 热处理方案

　　O 挤压态

　　H112 稳定化处理 温度为80~120℃

　　TO1 挤压态试样在180℃下退火 ,保温时间15h

　　TO2 挤压态试样在180℃下退火 ,保温时间90h

　　表1 状态和热处理方案

　　实验用料从挤压板中间截取,热处理在DHG-640-M型电热恒温鼓风干燥箱上进行,该试验机热处理温度范围为100~400℃，晶间腐蚀按照GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)进行。金相试样的腐蚀试剂为0.5%HF 水溶液,微观形貌观察在Axio Observer金相显微镜上进行，用THBP-62.5型自动转塔布氏硬度计对各状态的试样进行硬度测试,在WDW-100E型微机控制电子万能试验机上对各状态的试样进行室温拉伸实验,拉伸速度为5mm/min,拉伸结束后,在S-3700N 型扫描电镜下观察试样的断口形貌。

　　2、实验结果和分析：

　　金相显微组织如图1所示,经过稳定化热处理后的试样内析出了β相 (Al3Mg2),但第二相较少,且不连续,如图1(a)所示。试样在180℃下退火后,试样内形成了等轴晶粒,晶界处析出了β相,如图1(c)、(d)所示。晶间腐蚀组织如图2所示,经挤压后的试样晶界上无β相析出,挤压后不热处理的样品几乎无晶间腐蚀,经过稳定化处理后的试样,晶界上出现β相,但不连续,且较少,这种结构是抗晶间腐蚀的,晶界成不连续分布的β相,在无β相出现的地方腐蚀就停止了,故稳定化处理后的试样几乎也无晶间腐蚀。试样在180℃下退火后,试样内形成了等轴晶粒,试样浸蚀后晶界上连续分布的高镁β相受到腐蚀,使晶界发生连续腐蚀,出现了晶间腐蚀现象,保温时间90h比15h晶 界上析出β相更多,试样的晶间腐蚀更加较明显,深度更深,并呈现明显、粗大的网状腐蚀晶界。

　　图2 各状态下的晶间腐蚀

　　表2 各状态下材料的硬度

　　状态 O H112 TO1 TO2

　　硬度(HBW) 65 112 95 92

　　由表2可知，合金在80-120℃稳定化处理后试样的硬度最高，挤压后试样的硬度最低，挤压后的试样形成了点缺陷和位错，产生加工硬化，试样稳定化处理后，冷加工硬化形成的点缺陷和位错在加热过程中发生迁移，温度较低，缺陷不完全消失，加工硬化作用减弱，但由于析出β(Al3Mg2)第二相,第二相会阻碍位错运动,使合金强化,硬度升高,两者相互作用使得稳定化处理后试样的硬度比挤压态试样的硬度高。在180℃下长期退火后,冷加工硬化中形成的点缺陷和位错在加热过程中发生迁移,加工硬化作用消失,此作用使得退火后硬度比稳定化处理后低,但同时合金中形成了等轴晶粒,晶粒晶界上存在晶格畸变,阻碍材料塑性变形,使材料硬度升高,晶界上β(Al3Mg2)的析出也有助于硬度升高,综上使得退火后硬度比挤压态稍高。

　　图3 各状态下的拉伸断口形貌

　　从图3可以看出，挤压后的试样拉伸试样断口出现标志塑性断裂的韧窝,同时也出现呈解理断裂的脆性特征,断裂方式为混合断裂。在韧窝中可看到第二相粒子,韧窝大小不均,有些韧窝尺寸较大,说明挤压后试样的晶粒大小不均,有些晶粒尺寸较大,同时可观察出断口撕裂棱上出现了明显的剪切台阶面。这些说明了挤压后试样的塑性较差。稳定化处理后的试样韧窝数量变多,尺寸变小,趋于均匀,说明稳定化处理后试样的塑性提高。稳定化处理后试样析出大量第二相,导致韧窝中心部分有较多的第二相。挤压试样在180℃下保温15h和90h后试样的端口形貌没有明显的区别,但与挤压后的试样相比,韧窝数量变多,尺寸变小,还出现了较多的小韧窝断口,提高了材料的塑性。

　　3、结论：

　　(1)经过稳定化热处理后的试样内析出了不连续的第二相,但第二相较少,试样在180℃下退火后,试样内形成了等轴晶粒,晶界上连续分布的β相。

　　(2)稳定化处理和挤压后的试样均无晶间腐蚀现象，试样在180℃退火15和90h，出现了晶间腐蚀现象,保温时间90h比15h晶界上析出β相更多,试样的晶间腐蚀更加较明显,深度更深,并呈现明显、粗大的 网状腐蚀晶界。

　　(3)合金在80-120℃稳定化处理后试样的硬度最高，挤压后硬度最低，在180℃下退后保温15h和90h后试样的硬度比挤压后硬度高，但低于稳定化处理后的试样硬度，稳定化处理和退后后的试样的塑性较挤压状态下好。

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