变形方式及低温时效对高Mg、Si含量6201铝合金强度及异电性的影响

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6XXX系Al-Mg-Si合金由于具有轻质,耐蚀性、导电性、力学性能优良以及使用寿命长、储量丰富、易于制造等特点而被广泛应用于高压架空输电导线领域。本文旨在从合金成分、变形方式、热处理工艺方面对合金组织和性能进行调控,解决6201铝合金强度和导电性两者之间的矛盾关系,为新型高强度、高电导性轻质铝合金导线材料的制备提供理论和实际指导依据。本文采用普通重力铸造方法熔炼制备了高Mg、Si元素含量的6201铝合金(Al-0.81Mg-0.79Si),分别研究了铸态、固溶、轧制、等通道转角挤压(Equal channel angular pressing,ECAP)、ECAP-轧制以及时效后合金的微观组织转变和力学性能、导电性能的变化规律。主要结果如下:(1)铸态Al-0.81Mg-0.79Si合金由α-Al、Mg2Si、少量Al-Fe-Si杂质相组成。经550℃×1 h固溶处理后,大量Mg2Si颗粒溶于基体、α-Al基体晶粒大小几乎不变。由于大量溶质原子溶于基体、产生晶格畸变导致电子强烈散射,合金的电导率由47.2%IACS急剧下降到42.6%IACS;相反,合金硬度由69.7 HV增加到84.8 HV,合金的抗拉强度由151.71 MPa提升到181.84 MPa,延伸率由5.38%增加到10.55%。(2)轧制产生高密度位错和非平衡空位等缺陷,诱导了大量细小的Mg2Si相动态析出,α-Al晶粒显著拉长。应变强化、沉淀强化以及缺陷导致的电子散射综合作用,导致41%压下量的轧制合金硬度急剧增加至115.4HV、电导率降低为41.5%IACS,82.6%压下量的轧制合金硬度急剧增加至125.3 HV、电导率降低为42.1%IACS。82.6%压下量轧制诱导了更为显著的Mg2Si析出而比41%轧制压下量合金的力学性能和导电率有所提高。(3)轧制合金分别经过130℃×8/16/24/32/40/48 h的低温时效,合金的导电率随时效时间的延长持续增加,41%压下量的轧制合金经过130℃×48 h时效,导电率达到峰值为44.9%IACS;82.6%压下量的轧制合金经过130℃×48 h时效,导电率达到峰值为48.4%IACS。41%压下量的轧制合金经过130℃×16 h时效,硬度达到峰值为116.5 HV;82.6%压下量的轧制合金经过130℃×8 h时效,硬度达到峰值为129.4 HV。压下量为82.6%轧制合金经过130℃×48 h的低温人工时效后,合金的综合性能最好,硬度为118.2 HV,抗拉强度为335.39 MPa,延伸率为6.11%,导电率达到48.4%IACS。(4)固溶态合金经过200℃一道次等通道转角挤压后,α-Al基体晶粒明显减小、细化,同时,有高度致密的Mg2Si纳米析出相沿变形产生的晶界、亚晶界、高密度位错等缺陷处均匀析出。等通道转角挤压态合金的硬度从固溶态合金的84.8 HV大幅度增加为104.6 HV,增加了23.3%;导电率也大幅增加,从42.6%IACS增加到50.9%IACS,增加了19.5%。等通道转角挤压态合金经过130℃×24/32/40/48 h的低温时效,硬度在时效24 h时达到峰值118.1 HV后,显著下降,最后几乎保持不变,而合金的导电性持续增加,在48 h时达到峰值,为52.7%IACS。等通道转角挤压态合金经过130℃×48 h的低温人工时效后,合金的综合性能最好,维氏硬度为113.9HV,抗拉强度为297.9 MPa,延伸率为4.63%,导电率达到52.7%IACS。(5)等通道转角挤压态合金经过压下量为81.2%的轧制,合金的硬度为115.4 HV,抗拉强度为303.50 MPa,延伸率为4.10%,导电率为50.6%IACS。再经过130℃×24/32/40/48 h低温时效,硬度在24 h时达到峰值,为109.7 HV,导电率在48 h时达到峰值,为54.1%IACS。等通道转角挤压态合金经过压下量为81.2%的轧制,再经过130℃×40 h的低温人工时效后,合金的综合性能最好,维氏硬度为107.7 HV,抗拉强度为309.31 MPa,延伸率为5.73%,导电率达到53.9%IACS。
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