退火溫度對5356鋁合金桿力學性能和顯微組織的影響

陳俊丹 侯經韜 殷智 紀劍峰 李偉強

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830000）

1 研究背景

近年來，我國重大民生裝備以及國家高新工程對輕量化提出了迫切需求，如汽車、軌道車輛等，開始應用高強度鋁合金及焊接技術，對高性能鋁合金焊接材料需求量越來越大，ER5356鋁合金焊絲在大型鋁合金焊接結構件的焊接中應用日益廣泛[1-2]。這些焊接結構的性能，在基材一定的情況下，主要取決于焊接工藝和焊絲的合金成分和性能。其中，焊絲是影響焊縫金屬成分、組織、液-固相線溫度、近縫區母材的熱裂性、焊縫的耐腐蝕性及力學性能的重要因素[3]。5356 鋁合金桿是用于生產5356 焊絲的線坯，焊絲線坯（合金桿）經拉拔加工而成焊絲，因此，5356 鋁合金桿力學性能和顯微組織是影響5356 焊絲性能的關鍵因素之一。

熱處理工藝對于改善高強鋁合金的力學性能、成形性能有很大的幫助，本文通過研究退火溫度對5356 鋁合金焊絲用桿力學性能及顯微組織的影響，希望為開發出具有良好拉絲性能的5356焊絲用桿提供依據。

2 實驗材料

5356 合金桿，直徑9.5mm，由工業純鋁（≥99.70%）、A1Mn10、AlCr5 中間合金及桿狀A1Ti5B1中間合金等按比例加入熔煉而成。合金熔煉在熔煉爐中進行，采用輪帶式鑄造工藝鑄造成坯料后經12架平立輥軋機軋制成直徑9.5mm的合金桿。5356鋁合金桿成分由美國賽默飛世爾科技有限公司直讀光譜儀ARL4460測得，見表1。

表1 5356鋁合金桿的化學成分/（質量分數，%）

3 實驗方法

將5356 鋁合金桿分別在300、350、400、450、500和550℃進行退火，保溫5h后隨爐冷卻。在SHT430-300kN 微機電液伺服萬能試驗機上進行室溫拉伸試驗，拉伸速度為5mm/min，測量材料在室溫條件下的抗拉強度、斷后伸長率等性能指標。拉伸試驗結束后，在EM-TMP 型掃描電子顯微鏡上觀察拉伸斷口形貌。顯微組織分析前，將樣品用不同型號水磨砂紙預磨后進行機械拋光。使用氫氟酸：硝酸：鹽酸=2:3:5稀釋20倍后的腐蝕液腐蝕晶界，然后在高倍金相顯微鏡下進行顯微組織的觀察和分析，采用ProgRes?Capture圖像采集軟件采集圖像，得到顯微組織照片。

4 實驗結果與討論

4.1 退火溫度對力學性能的影響

5356 鋁合金桿在不同退火溫度下，合金桿的抗拉強度和斷后伸長率變化如圖1 所示。從圖1 可以看出，材料的抗拉強度隨退火溫度的升高逐漸降低，斷后伸長率升高，退火溫度超過450℃斷后伸長率變化不大。當退火溫度為300℃時，抗拉強度從原始樣324MPa 下降到302MPa，下降幅度為6.79%，斷后伸長率從16.1%提高至18.7%。退火溫度從450℃到550℃時，抗拉強度從285MPa下降到283MPa，斷后伸長率從22.8%提高到23.1%。下降與上升幅度并不大，當退火溫度達到450℃以后，抗拉強度和斷后伸長率變化趨于平緩。這表明，在450℃時5356鋁合金已完全再結晶。

圖1 5356鋁合金性能與退火溫度的關系

4.2 退火溫度對顯微組織的影響

圖2為5356鋁合金桿原樣及不同退火溫度下合金桿縱截面的顯微組織照片。

圖2 5356鋁合金桿退火前后的金相組織

由于退火前的樣品經過大變形量的軋制，合金桿內產生加工硬化，形變儲能高，退火溫度越高，樣品中形變儲能釋放越多，再結晶驅動力越大，形核率越高。對經過不同退火溫度處理的合金桿，進行縱截面金相組織觀察，可以發現抗拉強度、斷后伸長率與金相組織的對應關系，從而也可以進一步確定5356鋁合金的再結晶溫度為450℃。

4.3 鋁合金的拉伸斷口形貌分析

分別取三個不同溫度區間（300、450、550℃）的拉伸樣做斷口掃描，其SEM結果如圖3所示，由圖可知，各個樣品的斷口組織中均出現大小不等的橢圓型韌窩，即拉伸以韌性斷裂為主，由于5356 合金Mg含量在5%左右，裂紋傾向大，退火前后韌性改善程度不大，在圖3中退火前和不同溫度退火后斷口形貌差別不明顯，韌窩大小也沒有明顯差別。

圖3 5356合金桿拉伸斷口形貌