王東輝，唐鴻洋，孫祥彬，竇志家

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

導(dǎo)電器件的原材料以銅和鋁為主，其中銅的價格較高[1]，且儲量一直處于下降狀態(tài)。鋁是地球上儲量最豐富的金屬元素，且價格較低，我國一直在進行鋁導(dǎo)體替代銅導(dǎo)體的研究[2-3]。

導(dǎo)電器件的原材料既要有高導(dǎo)電性能又要有一定的強度。6101B鋁合金可熱處理強化，具有良好的導(dǎo)電性能，已被列為導(dǎo)電材料[4-6]。但是為了追求導(dǎo)電性能，在實際生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)強度不滿足要求的情況。本文應(yīng)客戶要求開發(fā)一種高電導(dǎo)率6101B合金，對其時效工藝進行了探究。

1 試驗材料及方法

6101B合金化學(xué)成分要求如表1所示，材料性能要求：屈服強度≥100 MPa，抗拉強度≥130 MPa，電導(dǎo)率≥56%IACS。本試驗材料為采用36 MN單動正向擠壓機生產(chǎn)的6101B鋁合金型材，型材在生產(chǎn)過程中進行在線固溶處理，時效制度見表2，每種時效制度制備三組試樣。

采用島津100 KN萬能材料試驗機測試?yán)煨阅?；采用蔡司掃描電子顯微鏡進行顯微組織觀察；利用Sigmatest2.069渦流電導(dǎo)率測試儀測試材料的電導(dǎo)率。試驗測試結(jié)果均以平均值進行表征。

2 試驗結(jié)果

不同時效制度下6101B合金的性能測試結(jié)果如表2所示。隨著時效進程的增加(欠時效-峰值時效-過時效)，合金的力學(xué)性能呈先上升后下降的趨勢；而合金的電導(dǎo)率則不斷升高，在(260±3) ℃×6 h時效制度下，電導(dǎo)率達到了56.55 %IACS，滿足客戶要求。而此時合金的力學(xué)性能卻未達到客戶要求，故而設(shè)計預(yù)拉伸試驗對材料性能進行優(yōu)化，以期提高合金的力學(xué)性能。

表1 6101B合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 不同時效制度下合金性能

3 優(yōu)化試驗

預(yù)拉伸后進行時效處理屬于一種形變熱處理方法，使合金在時效后獲得更多的析出相，從而起到強化效果。選擇(260±3) ℃×6 h作為預(yù)拉伸后的時效制度，預(yù)拉伸永久形變量分別為0、3%、4%和5%。永久形變量測定方法為：預(yù)拉伸前在料樣上畫出100 mm長的標(biāo)距，拉伸后測量兩標(biāo)距間的長度，即永久變形量=(拉伸后兩標(biāo)距間距離-100 mm)/100 mm×100%，試驗結(jié)果如表3所示。隨著預(yù)拉伸永久形變量的增加，合金屈服強度不斷升高，電導(dǎo)率則有著一定程度的上升。最佳工藝為：預(yù)拉伸量5%+時效制度(260±3) ℃×6 h，此時屈服強度為111.3 MPa，抗拉強度149.3 MPa，電導(dǎo)率56.91 %IACS，滿足客戶要求。

表3 不同預(yù)拉伸下合金性能

4 組織觀察

經(jīng)(175±3) ℃×8 h及(260±3) ℃×6 h兩種時效制度處理后，試樣的顯微組織如圖1所示。其中，經(jīng)(175±3) ℃×8 h時效處理后試樣的晶界處析出相細(xì)小且連續(xù)，經(jīng)(260±3) ℃×6 h時效處理后試樣的晶界處析出相粗大，且間距變大。

形變量0%和3%預(yù)拉伸處理后試樣的顯微組織如圖2所示?？梢钥闯?，型材經(jīng)過預(yù)拉伸處理后，韌窩尺寸以及深度都明顯增大。由此可知，預(yù)拉伸形變量為0%的試樣在經(jīng)過時效后其第二相析出量要少于形變量為3%的試樣[7]。

5 分析及討論

鋁合金電導(dǎo)率高低與其析出相的共格性、溶質(zhì)原子濃度及晶界析出相的尺寸和分布有關(guān)。本文時效制度設(shè)置為低溫短時到高溫長時，演化了欠時效、峰值時效以及過時效的變化過程。隨著時效溫度以及時效時間的增加，析出相不斷長大，使得其與基體逐步由共格、半共格向非共格轉(zhuǎn)變。因此析出相引起的晶格畸變不斷減小，對電子的散射作用減弱，電導(dǎo)率也隨之逐漸上升。析出相長大的同時，需吸收大量的溶質(zhì)原子，基體內(nèi)溶質(zhì)原子濃度降低，晶界出現(xiàn)貧溶質(zhì)原子區(qū)，晶格畸變程度減小，電子散射源的數(shù)量減少，對傳導(dǎo)電子的阻礙作用減小，合金的電導(dǎo)率升高[8]。

(a)(175±3) ℃×8 h；(b)(260±3) ℃×6 h圖1 不同時效制度下合金的顯微組織Fig.1 Microstructure of alloy under different aging system

(a)0%；(b)3%圖2 不同預(yù)拉伸形變量下合金的顯微組織Fig.2 Microstructure of alloy under different pre-stretching deformation

鋁合金強度變化由析出相的尺寸、數(shù)量以及分布決定。隨著時效進程的增加，合金的析出相數(shù)量逐漸增多，合金的強度亦不斷升高，在峰值時效時，合金強度達到了極值。進入過時效階段時，合金析出相的尺寸開始增大，晶界處以及晶內(nèi)析出相開始發(fā)生聚集，合金強度則出現(xiàn)了下降趨勢。預(yù)拉伸+人工時效屬于鋁合金形變熱處理中的一種，其原理是將塑性形變的形變強化與熱處理時的相變強化結(jié)合，從而使合金獲得更高的強度。隨著預(yù)拉伸形變量的增加，合金的變形儲能增加，組織轉(zhuǎn)變驅(qū)動力亦在增大，從而導(dǎo)致合金內(nèi)部析出相數(shù)量增多，增加了合金的強度[9]。與此同時，析出相的增加使得溶質(zhì)原子濃度降低，晶格畸變程度減小，電導(dǎo)率進一步提高。

6 結(jié)論

1)6101B鋁合金最佳工藝為淬火后進行5%預(yù)拉伸，人工時效制度為(260±3) ℃×6 h，此時屈服強度為111.3 MPa，抗拉強度為149.3 MPa，電導(dǎo)率為56.90 %IACS，性能均滿足客戶要求；

2)隨著“欠時效-峰值時效-過時效”進程的增加，合金的析出相數(shù)量增多并發(fā)生長大，電導(dǎo)率提升，強度先上升后下降；

3)經(jīng)預(yù)拉伸后，合金細(xì)小析出相數(shù)量增加，電導(dǎo)率上升，強度提升。