热处理工艺对合金导电性的影响范文

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Al-Mg-Si合金以Mg2Si相为强化相，属于6×××系可热处理强化铝合金，该系合金具有良好的力学性能、耐蚀性及成性。铝合金优良的导电性，且价格较银、铜等金属低廉，因此Al-Mg-Si合金在导电部件中常被用于结构及功能材料。本文以6063铝合金为对象，研究T6热处理工艺对铸态及热压缩态铝合金的导电性及力学性能的影响，为其生产提供科学基础。

1试验材料及方法

1.1试验材料与设计浇注的6063铝合金成分见表1所示，其镁硅比值为1.67。由于小于1.73，因此在形成Mg2Si相后，过剩Si不会对Mg2Si在固态铝中的溶解度产生影响[4]。试验中将试样分为两组，每组25个，且每5个试样作为一个编号。其中第一组为铸态试样，第二组在420℃下进行热压缩(压缩率为75%)。将两组试样分别在525℃下进行1.0h固溶处理，随后在室温下进行水淬，且淬火转移时间低于3s，在淬火后0.5h内对两组试样进行时效处理。具体参数见表2。

1.2测试方法将两组试样加工成尺寸为10.0mm×10.0mm×300.0mm的电阻测试试样，利用双电桥法分别测量其电阻，并由式(1)求出电导率。式中，K为试样电导率，IACS；R为试样电阻，Ω；S为试样平均横截面积，mm2；L为试样所测电阻间长度，mm；ρ为材料室温材料电阻系数；T为测定时试样温度，℃。将两组试样加工成尺寸为25.4mm×5.0mm×2.0mm的拉伸试样(第二组沿压缩方向切取)，在电子万能试验机上进行速度为3mm/min的拉伸实验。

2试验结果及分析

2.1时效制度对导电性能的影响图1是时效时间及温度对试验合金电导率的影响。可以看出，合金电导率随着时效温度的升高而升高，且幅度逐渐增大。在相同时效温度下，合金电导率在时效4.0h内提升缓慢，当时效时间达到6.0h，电导率上升幅度明显增加。这是由于时效温度越高或时间越长，铝基体中经固溶处理产生的过饱和固溶体的溶质原子析出越多，晶格扭曲减少，使合金的导电性不断提高。但在相同热处理制度下，压缩态比铸态合金电导率高。而根据相关文献可知[5]，晶体缺陷为金属中传导电子的散射中心，增加缺陷数目即增加了电阻率，从而降低了电导率，因而大的塑性变形易导致电导率降低，这与试验结果相悖。这可能是由于：首先，相关文献介绍的大塑性变形通常指冷加工变形，而实验所用试样是通过热压缩得到，其变形所产生的缺陷较冷加工少；其次，经热压缩后的试样能够焊合铸态组织本身的缺陷(如气孔、缩松等)，减少了缺陷的数量；最后，试验中测量的电导率是沿热压缩方向，结合图2对试样显微组织的光镜与电镜观察，可知铸态铝合金为树枝晶，无明显方向性。而图2(b)和(d)显示出热压缩后晶体明显的方向性，这种方向性晶粒取向是提高电导率的因素。综合以上三点原因，这是热压缩态合金比铸态电导率高的原因。

2.2时效制度对力学性能的影响图3是时效时间及时效温度对试验合金抗拉强度的影响曲线。可以看出，热压缩后试样的抗拉强度明显高于铸态试样。这是由于经过大变形热压缩后，会产生加工硬化，但部分加工硬化现象会被动态回复现象抵消，而硬化机制产生的效果大于软化机制，导致抗拉强度明显升高。由于合金的电导率与晶体点阵中的点缺陷密切相关，点缺陷引起的点阵畸变对传导电子的散射作用明显高于位错，因此回复阶段合金的电导率已经上升，这也与之前的结论相符合。图3(a)是铸态合金在不同时效温度及时间下的抗拉强度(180℃以下)，可知，随着时效时间的增加，其值升高，在时效8.0h处出现峰值；当时效温度升至190℃时，其值随时效时间增加而升高，在6.0h处达到峰值；当时效温度为200℃时，其峰值出现在4.0h处；当时效温度为210℃时，其峰值在2.0h处。图3(b)与图3(a)结果相似，这可能是由于当时效温度较低时，经固溶处理后过饱和固溶体中Mg2Si脱溶速度较慢，只有在低温区间保温较长时间才会出现过时效现象，但当温度较高时，β相产生速度加快，晶格畸变减小，导致合金强度降低，过时效时间变短。

3结论

（1）点缺陷引起的点阵畸变对试验合金传导电子的散射作用高于位错，在热压缩过程中动态回复阶段合金的电导率上升。（2）热压缩焊合了铸态合金大的组织缺陷，且晶体呈明显取向性，热压缩态的合金较相同热处理状态的铸态合金，电导率均随时效时间的延长和温度的升高而提高。（3）低温区域长时间时效与高温区域短时间时效可明显提高合金强度，且低温长时间时效效果优于高温短时间时效。在相同热处理条件下的热压缩态合金的抗拉强度明显高于铸态合金，且峰值强度均出现在时效制度为180℃×8.0h时。（4）试验合金最优热处理工艺分别为：铸态合金525℃×1.0h固溶处理+200℃×4.0h时效处理，热压缩态合金525℃×1.0h固溶处理+190℃×6.0h时效处理。

作者：夏菲 夏宗泽 黄笑伯 单位：国网辽阳供电公司 东北大学 材料与冶金学院