熱處理工藝對合金導電性的影響范文

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Al-Mg-Si合金以Mg2Si相為強化相，屬于6×××系可熱處理強化鋁合金，該系合金具有良好的力學性能、耐蝕性及成性。鋁合金優良的導電性，且價格較銀、銅等金屬低廉，因此Al-Mg-Si合金在導電部件中常被用于結構及功能材料。本文以6063鋁合金為對象，研究T6熱處理工藝對鑄態及熱壓縮態鋁合金的導電性及力學性能的影響，為其生產提供科學基礎。

1試驗材料及方法

1.1試驗材料與設計澆注的6063鋁合金成分見表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，過剩Si不會對Mg2Si在固態鋁中的溶解度產生影響[4]。試驗中將試樣分為兩組，每組25個，且每5個試樣作為一個編號。其中第一組為鑄態試樣，第二組在420℃下進行熱壓縮(壓縮率為75%)。將兩組試樣分別在525℃下進行1.0h固溶處理，隨后在室溫下進行水淬，且淬火轉移時間低于3s，在淬火后0.5h內對兩組試樣進行時效處理。具體參數見表2。

1.2測試方法將兩組試樣加工成尺寸為10.0mm×10.0mm×300.0mm的電阻測試試樣，利用雙電橋法分別測量其電阻，并由式(1)求出電導率。式中，K為試樣電導率，IACS；R為試樣電阻，Ω；S為試樣平均橫截面積，mm2；L為試樣所測電阻間長度，mm；ρ為材料室溫材料電阻系數；T為測定時試樣溫度，℃。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)，在電子萬能試驗機上進行速度為3mm/min的拉伸實驗。

2試驗結果及分析

2.1時效制度對導電性能的影響圖1是時效時間及溫度對試驗合金電導率的影響。可以看出，合金電導率隨著時效溫度的升高而升高，且幅度逐漸增大。在相同時效溫度下，合金電導率在時效4.0h內提升緩慢，當時效時間達到6.0h，電導率上升幅度明顯增加。這是由于時效溫度越高或時間越長，鋁基體中經固溶處理產生的過飽和固溶體的溶質原子析出越多，晶格扭曲減少，使合金的導電性不斷提高。但在相同熱處理制度下，壓縮態比鑄態合金電導率高。而根據相關文獻可知[5]，晶體缺陷為金屬中傳導電子的散射中心，增加缺陷數目即增加了電阻率，從而降低了電導率，因而大的塑性變形易導致電導率降低，這與試驗結果相悖。這可能是由于：首先，相關文獻介紹的大塑性變形通常指冷加工變形，而實驗所用試樣是通過熱壓縮得到，其變形所產生的缺陷較冷加工少；其次，經熱壓縮后的試樣能夠焊合鑄態組織本身的缺陷(如氣孔、縮松等)，減少了缺陷的數量；最后，試驗中測量的電導率是沿熱壓縮方向，結合圖2對試樣顯微組織的光鏡與電鏡觀察，可知鑄態鋁合金為樹枝晶，無明顯方向性。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率的因素。綜合以上三點原因，這是熱壓縮態合金比鑄態電導率高的原因。

2.2時效制度對力學性能的影響圖3是時效時間及時效溫度對試驗合金抗拉強度的影響曲線。可以看出，熱壓縮后試樣的抗拉強度明顯高于鑄態試樣。這是由于經過大變形熱壓縮后，會產生加工硬化，但部分加工硬化現象會被動態回復現象抵消，而硬化機制產生的效果大于軟化機制，導致抗拉強度明顯升高。由于合金的電導率與晶體點陣中的點缺陷密切相關，點缺陷引起的點陣畸變對傳導電子的散射作用明顯高于位錯，因此回復階段合金的電導率已經上升，這也與之前的結論相符合。圖3(a)是鑄態合金在不同時效溫度及時間下的抗拉強度(180℃以下)，可知，隨著時效時間的增加，其值升高，在時效8.0h處出現峰值；當時效溫度升至190℃時，其值隨時效時間增加而升高，在6.0h處達到峰值；當時效溫度為200℃時，其峰值出現在4.0h處；當時效溫度為210℃時，其峰值在2.0h處。圖3(b)與圖3(a)結果相似，這可能是由于當時效溫度較低時，經固溶處理后過飽和固溶體中Mg2Si脫溶速度較慢，只有在低溫區間保溫較長時間才會出現過時效現象，但當溫度較高時，β相產生速度加快，晶格畸變減小，導致合金強度降低，過時效時間變短。

3結論

（1）點缺陷引起的點陣畸變對試驗合金傳導電子的散射作用高于位錯，在熱壓縮過程中動態回復階段合金的電導率上升。（2）熱壓縮焊合了鑄態合金大的組織缺陷，且晶體呈明顯取向性，熱壓縮態的合金較相同熱處理狀態的鑄態合金，電導率均隨時效時間的延長和溫度的升高而提高。（3）低溫區域長時間時效與高溫區域短時間時效可明顯提高合金強度，且低溫長時間時效效果優于高溫短時間時效。在相同熱處理條件下的熱壓縮態合金的抗拉強度明顯高于鑄態合金，且峰值強度均出現在時效制度為180℃×8.0h時。（4）試驗合金最優熱處理工藝分別為：鑄態合金525℃×1.0h固溶處理+200℃×4.0h時效處理，熱壓縮態合金525℃×1.0h固溶處理+190℃×6.0h時效處理。

作者：夏菲 夏宗澤 黃笑伯 單位：國網遼陽供電公司 東北大學 材料與冶金學院