6005A与6082铝合金热变形流变行为

DOL:10.13374h.issn1001-053x.2012.09.008 第34卷第9期 北京科技大学学报 Vol.34 No.9 2012年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2012 6005A与6082铝合金热变形流变行为 丁贤飞”8张利欣》孙冬柏》王志海》王立臣》 李恒奎) 1)北京科技大学国家材料服役安全科学中心，北京1000832)唐山轨道客车有限责任公司，唐山063035 3)吉林麦达斯铝业有限公司，辽源1362004)南车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛266611 区通信作者，E-mail:xfding(@usth.edu.cm 摘要利用Gleeble-1500热模拟试验机对6005A和6082铝合金进行高温等温压缩试验，研究了在变形温度为450~550℃ 和应变速率为0.005~10s条件下两种铝合金的热变形流变行为.6005A铝合金在低应变速率条件下，不同变形温度时的流 变曲线均呈现波浪形特征，随着应变速率的增加，硬化和软化接近平衡，表现为稳态流变特征：在高应变速率条件下，硬化过 程占据主导地位，回复和硬化过程的竞争使流变曲线呈现波浪形上升的趋势.6082铝合金在低应变速率情况下，不同变形温 度时的流变曲线未出现周期性波动：在中等应变速率条件下也表现为稳态流变特征：在高应变速率条件下出现波浪形特征 两种铝合金均为正应变速率敏感材料，其热变形是受热激活控制.最后给出了铝合金热变形条件下流变应力、应变速率和变 形温度三者之间的关系式 关键词铝合金；压缩试验：高温试验：流变应力：应变速率 分类号TG146.2 Flow behaviors of 6005A and 6082 aluminum alloys during hot deformation DING Xian-fei,ZHANG Li-xin,SUN Dong-bai,WANG Zhi-hai,WANG Li-chen,LI Hengkui 1)National Center for Materials Service Safety,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China 2)Tangshan Railway Vehicle Co.Ltd.Tangshan 063035,China 3)Jilin Midas Aluminum Industries Co.Ltd.Liaoyuan 136200,China 4)CRS Qingdao Sifang Co.Ltd.,Qingdao 266611,China Corresponding author,E-mail:xfding@ustb.edu.cn ABSTRACT The flow behaviors of 6005A and 6082 aluminum alloys were investigated by high-temperature isothermal compression on a Glebble-1500 thermal-mechanical simulator at deformation temperatures of 450 to 550C and strain rates of 0.005 to 10s.The flow stress curve of 6005A aluminum alloy exhibits a waveform character at different deformation temperatures under the condition of low strain rate.With increasing strain rate the competition between softening and hardening closely reaches to a balance so that the flow stress appears as a steady state.At high strain rate,the hardening is dominant during the hot deformation and there is a waveform in- crease in the flow stress curve because of the competition between reverting and hardening.The flow stress curve of 6082 aluminum al- loy,however,does not show the waveform character at low strain rate.A steady-state stress is also displayed at medium strain rate. But the waveform flow curve is shown at high strain rate.Both of the alloys are positive strain rate sensitive materials and their hot de- formation is controlled by the thermal activation.Finally the relationships among flow stress,strain rate and deformation temperature were proposed for 6005A and 6082 aluminum alloys,respectively. KEY WORDS aluminum alloys:compression testing;high temperature testing;flow stress;strain rate 近年来我国高速铁路迅速发展，成为国民经济 行速度.6005A与6082铝合金是目前两种应用最 的强大支撑.作为高速列车的主体和关键组成部 为广泛的车体材料.因其具有优良的挤压性、焊接 件，铝合金车体可以大幅减轻车辆自重、提高列车运 性、耐腐蚀性以及中等强度，可经挤压机挤压出断面 收稿日期：2012-04-11 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2009BAG12A07-B01-2)

第 34 卷 第 9 期 2012 年 9 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 9 Sep． 2012 6005A 与 6082 铝合金热变形流变行为 丁贤飞1) 张利欣1) 孙冬柏1) 王志海2) 王立臣3) 李恒奎4) 1) 北京科技大学国家材料服役安全科学中心，北京 100083 2) 唐山轨道客车有限责任公司，唐山 063035 3) 吉林麦达斯铝业有限公司，辽源 136200 4) 南车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛 266611 通信作者，E-mail: xfding@ ustb． edu． cn 摘 要 利用 Gleeble--1500 热模拟试验机对 6005A 和 6082 铝合金进行高温等温压缩试验，研究了在变形温度为 450 ～ 550 ℃ 和应变速率为 0. 005 ～ 10 s － 1 条件下两种铝合金的热变形流变行为． 6005A 铝合金在低应变速率条件下，不同变形温度时的流 变曲线均呈现波浪形特征，随着应变速率的增加，硬化和软化接近平衡，表现为稳态流变特征; 在高应变速率条件下，硬化过 程占据主导地位，回复和硬化过程的竞争使流变曲线呈现波浪形上升的趋势． 6082 铝合金在低应变速率情况下，不同变形温 度时的流变曲线未出现周期性波动; 在中等应变速率条件下也表现为稳态流变特征; 在高应变速率条件下出现波浪形特征． 两种铝合金均为正应变速率敏感材料，其热变形是受热激活控制． 最后给出了铝合金热变形条件下流变应力、应变速率和变 形温度三者之间的关系式． 关键词 铝合金; 压缩试验; 高温试验; 流变应力; 应变速率 分类号 TG146. 2 Flow behaviors of 6005A and 6082 aluminum alloys during hot deformation DING Xian-fei 1) ，ZHANG Li-xin1) ，SUN Dong-bai 1) ，WANG Zhi-hai 2) ，WANG Li-chen3) ，LI Heng-kui 4) 1) National Center for Materials Service Safety，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Tangshan Railway Vehicle Co． Ltd． ，Tangshan 063035，China 3) Jilin Midas Aluminum Industries Co． Ltd． ，Liaoyuan 136200，China 4) CRS Qingdao Sifang Co． Ltd． ，Qingdao 266611，China Corresponding author，E-mail: xfding@ ustb． edu． cn ABSTRACT The flow behaviors of 6005A and 6082 aluminum alloys were investigated by high-temperature isothermal compression on a Glebble-1500 thermal-mechanical simulator at deformation temperatures of 450 to 550 ℃ and strain rates of 0. 005 to 10 s － 1 ． The flow stress curve of 6005A aluminum alloy exhibits a waveform character at different deformation temperatures under the condition of low strain rate． With increasing strain rate the competition between softening and hardening closely reaches to a balance so that the flow stress appears as a steady state． At high strain rate，the hardening is dominant during the hot deformation and there is a waveform in￾crease in the flow stress curve because of the competition between reverting and hardening． The flow stress curve of 6082 aluminum al￾loy，however，does not show the waveform character at low strain rate． A steady-state stress is also displayed at medium strain rate． But the waveform flow curve is shown at high strain rate． Both of the alloys are positive strain rate sensitive materials and their hot de￾formation is controlled by the thermal activation． Finally the relationships among flow stress，strain rate and deformation temperature were proposed for 6005A and 6082 aluminum alloys，respectively． KEY WORDS aluminum alloys; compression testing; high temperature testing; flow stress; strain rate 收稿日期: 2012--04--11 基金项目: “十一五”国家科技支撑计划资助项目( 2009BAG12A07--B01--2) 近年来我国高速铁路迅速发展，成为国民经济 的强大支撑． 作为高速列车的主体和关键组成部 件，铝合金车体可以大幅减轻车辆自重、提高列车运 行速度． 6005A 与 6082 铝合金是目前两种应用最 为广泛的车体材料． 因其具有优良的挤压性、焊接 性、耐腐蚀性以及中等强度，可经挤压机挤压出断面 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.008

·1042· 北京科技大学学报 第34卷 形状复杂的大型宽扁薄壁空心型材，且能在挤压机 热模拟单向压缩试验中的真应力一真应变曲线，采 上实现在线风冷或水雾冷淬火，是高速列车、地铁和 用一元线性回归法建立流变模型，研究热变形时流 城市轻轨等现代化交通运输工具车体的主要材 变应力、应变速率和变形温度三者的关系 料-.6005A与6082铝合金均属于6系列(A- 1试验材料与方法 Mg一S)热处理可强化合金，目前对其研究主要集中 在合金成分优化、固溶时效及淬火敏感性和焊接工 试验所用铸态6005A与6082铝合金材料由 艺方面，而在其热成形性能方面研究较少.3.6-. 吉林麦达斯铝亚有限公司提供，两种合金化学成 热挤压是这两种合金热加工工艺的重要组成部分， 分组成如表1所示.铸态6005A与6082铝合金分 实际挤压生产中需要严格控制挤压力、挤压速度与 别经570和555℃保温8h均匀化退火后获得，用 出口温度，以满足合金性能的要求.为了指导 线切割从中心部位切取尺寸为6mm×12mm的 不同Mg/Si比的6005A与6082铝合金挤压车体型 圆柱体试样.试验设备采用Gleeble-lS00热力模 材的国产化生产，其高温塑性变形时的流变应力、变 拟试验机，变形温度为450~550℃，应变速率为 形特征和成形性指标等需要进行深入的研究. 5×10-3~10s1.具体的试验方案如图1所示. 流变应力是表征金属与合金塑性变形性能的一 将试样以20℃·s的加热速率升温到所需温度， 个最基本参量，在实际塑性变形过程中，合金的流变 保温3min后，在设定的变形温度（T)和应变速率 应力决定了变形时所需施加的载荷和所需消耗能 ()条件下对试样进行压缩变形，之后水淬，总压 量00.本文通过获取6005A与6082铝合金材料 缩变形量为60%. 表1两种铝合金化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of aluminum alloys % 铝合金 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 6005A 0.70 0.13 <0.01 0.23 0.55 0.12 <0.01 0.042 余量 6082 0.94 0.18 <0.01 0.68 0.80 0.033 <0.01 0.036 余量 4 450/500/550℃ 稳态流变特征，即在真应变达到一定值后，真应力不 Te 3 min 再随真应变增大而发生显著的变化：在高应变速率 10s1情况下，随着应变量的逐渐增大，各温度下的 应力均出现起伏上升特征且起伏量不断减小.从图 20℃1 3可以看出：6082铝合金当应力上升到一定值后，在 低应变速率5×103s‘情况下，不同温度下的真应 时l间/min 力一真应变曲线没有呈现波浪形特征：当应变速率 图1高温压缩试验方案 增加到0.01s1时，随着应变量的增加，450℃条件 Fig.1 Experimental programs for high temperature compression tes- 下真应力呈现先上升后稳定的特征，而500~550℃ ting 条件下真应力略呈现下降的趋势：在高应变速率10 s情况下，随着应变量的逐渐增大，各温度下真应 2 试验结果 力一真应变曲线也呈现波浪形特征；在中等应变速 图2和图3分别为6005A和6082铝合金在应 率0.1~1s1情况下表现为稳态流变特征. 变速率为5×10-3~10s-1、变形温度为450~550℃ 3讨论 的范围内高温等温压缩变形时实测的真应力一真应 变曲线.从图2可以看出：6005A铝合金当应力上 3.1真应力-真应变曲线 升到一定值时，在低应变速率5×10-3s情况下， 在热塑性变形过程中，金属材料同时存在加工 各温度下真应力一真应变曲线均呈波浪形特征，随 硬化和动态软化两个矛盾的过程.动态软化主要分 应变量增加，流变应力迅速升高，直至应变量为 为动态回复和动态再结晶两种机制.变形时位错增 0.5,在此过程其流变应力波浪起伏不明显：随着应 殖以及位错间相互作用导致硬化，位错通过攀移或 变速率的增加，真应力一真应变曲线出现较明显的 交滑移并在热激活和外加应力作用下发生合并、重

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 形状复杂的大型宽扁薄壁空心型材，且能在挤压机 上实现在线风冷或水雾冷淬火，是高速列车、地铁和 城市轻轨等现代化交通运输工具车体的主要材 料［1--5］． 6005A 与 6082 铝合金均属于 6 系列( Al-- Mg--Si) 热处理可强化合金，目前对其研究主要集中 在合金成分优化、固溶时效及淬火敏感性和焊接工 艺方面，而在其热成形性能方面研究较少［1，3，6--8］． 热挤压是这两种合金热加工工艺的重要组成部分， 实际挤压生产中需要严格控制挤压力、挤压速度与 出口温度，以满足合金性能的要求［2，5］． 为了指导 不同 Mg /Si 比的 6005A 与 6082 铝合金挤压车体型 材的国产化生产，其高温塑性变形时的流变应力、变 形特征和成形性指标等需要进行深入的研究． 流变应力是表征金属与合金塑性变形性能的一 个最基本参量，在实际塑性变形过程中，合金的流变 应力决定了变形时所需施加的载荷和所需消耗能 量［9--10］． 本文通过获取 6005A 与 6082 铝合金材料 热模拟单向压缩试验中的真应力--真应变曲线，采 用一元线性回归法建立流变模型，研究热变形时流 变应力、应变速率和变形温度三者的关系． 1 试验材料与方法 试验所用铸态 6005A 与 6082 铝合金材料由 吉林麦达斯铝业有限公司提供，两种合金化学成 分组成如表 1 所示． 铸态 6005A 与 6082 铝合金分 别经 570 和 555 ℃ 保温 8 h 均匀化退火后获得，用 线切割从中心部位切取尺寸为 6 mm × 12 mm 的 圆柱体试样． 试验设备采用 Gleeble--1500 热力模 拟试验机，变形温度为 450 ～ 550 ℃ ，应变速率为 5 × 10 － 3 ～ 10 s － 1 ． 具体的试验方案如图 1 所 示． 将试样以 20 ℃·s － 1 的加热速率升温到所需温度， 保温 3 min 后，在设定的变形温度( T) 和应变速率 ( ε ·) 条件下对试样进行压缩变形，之后水淬，总压 缩变形量为 60% ． 表 1 两种铝合金化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of aluminum alloys % 铝合金 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al 6005A 0. 70 0. 13 ＜ 0. 01 0. 23 0. 55 0. 12 ＜ 0. 01 0. 042 余量 6082 0. 94 0. 18 ＜ 0. 01 0. 68 0. 80 0. 033 ＜ 0. 01 0. 036 余量 图 1 高温压缩试验方案 Fig． 1 Experimental programs for high temperature compression tes￾ting 2 试验结果 图 2 和图 3 分别为 6005A 和 6082 铝合金在应 变速率为 5 × 10 － 3 ～ 10 s － 1 、变形温度为 450 ～ 550 ℃ 的范围内高温等温压缩变形时实测的真应力--真应 变曲线． 从图 2 可以看出: 6005A 铝合金当应力上 升到一定值时，在低应变速率 5 × 10 － 3 s － 1 情况下， 各温度下真应力--真应变曲线均呈波浪形特征，随 应 变 量 增 加，流变应力迅速升高，直 至 应 变 量 为 0. 5，在此过程其流变应力波浪起伏不明显; 随着应 变速率的增加，真应力--真应变曲线出现较明显的 稳态流变特征，即在真应变达到一定值后，真应力不 再随真应变增大而发生显著的变化; 在高应变速率 10 s － 1 情况下，随着应变量的逐渐增大，各温度下的 应力均出现起伏上升特征且起伏量不断减小． 从图 3 可以看出: 6082 铝合金当应力上升到一定值后，在 低应变速率 5 × 10 － 3 s － 1 情况下，不同温度下的真应 力--真应变曲线没有呈现波浪形特征; 当应变速率 增加到 0. 01 s － 1 时，随着应变量的增加，450 ℃ 条件 下真应力呈现先上升后稳定的特征，而 500 ～ 550 ℃ 条件下真应力略呈现下降的趋势; 在高应变速率 10 s － 1 情况下，随着应变量的逐渐增大，各温度下真应 力--真应变曲线也呈现波浪形特征; 在中等应变速 率 0. 1 ～ 1 s － 1 情况下表现为稳态流变特征． 3 讨论 3. 1 真应力--真应变曲线 在热塑性变形过程中，金属材料同时存在加工 硬化和动态软化两个矛盾的过程． 动态软化主要分 为动态回复和动态再结晶两种机制． 变形时位错增 殖以及位错间相互作用导致硬化，位错通过攀移或 交滑移并在热激活和外加应力作用下发生合并、重 ·1042·

第9期 丁贤飞等：6005A与6082铝合金热变形流变行为 ·1043· 50 50r (a) (b) 40 40 30 20 +450℃ 20H +450℃ ◆500℃ 4-5009℃ 10 +-550℃ P-550℃ 0 0.1 0.20.3 0.405 0.1 0.20.3 0.40.5 真应变 真应变 70(d wnk-hhpgapw 50 owohnAhni-wdnhuc % 50 Ym.t-wir-m 40 4-450℃ 30 ★450℃ 20 9500℃ 9500℃ 550℃ F-550℃ 10 0 0.1 0.20.3 040.5 0 0.l 0.20.3 0.40.5 真应变 真应变 60e) 40 01 4450℃ 2 4500℃ 0 +-550℃ o 0.1 0.20.30.40.5 真应变 图26005A铝合金不同应变速率下的热压缩真应力-真应变曲线.(a)0.005s1,(b)0.01sl,(c)0.1s1,(d)1s1,(e)10sl Fig.2 True stress-true strain curves of6005A aluminum alloy during hot compression at different strain rates:(a)0.005s:(b)0.01s:(c) 0.1sl:(d)1sl:(e)10s1 组使材料发生动态回复和动态再结晶而软化.虽然 趋于平稳，如图2(a)所示：在中等应变速率情况下， 铝合金属于高层错能合金，扩展位错较窄，利于发生 硬化和软化接近平衡，表现为稳态流变特征，如图2 交滑移，其热变形过程中的主要软化机制是动态回 (b)~(d)所示，高温热变形过程中可能发生少量强 复，但同时也可能会发生动态再结晶过程1-☒ 化相的动态析出导致合金流变应力随应变量的增加 一般认为，金属在低应变速率时，加工硬化和动 略有增加；在高应变速率的情况下，当应变量较低 态再结晶两个过程竞争作用导致真应力一真应变曲 时，回复和硬化过程的竞争使流变曲线呈现波浪形 线呈现波浪形特征；在中等应变速率条件下，加工硬 上升的趋势，随着应变量的增加，硬化过程占据主导 化和动态软化过程几乎同时完成，其硬化和软化可 地位，如图2(e)所示.对于6082铝合金来说，在低 以在短时间内达到动态平衡，从而其真应力一真应 应变速率情况下，流变曲线未出现周期性波动，如图 变曲线接近直线；而在高应变速率时，动态再结晶过 3(a)和(b)所示，但加工硬化、动态回复和动态再结 程来不及进行，动态回复占主要地位，动态回复与加 晶三者的竞争导致流变曲线略呈现不规则变化，特 工硬化的竞争作用也可能导致真应力一真应变曲线 别是当合金变形温度较低时，应变量需增大到某 呈现波浪形特征.对于6005A铝合金来说，在低应 一临界值使动态再结晶驱动力达到足够大，动态 变速率情况下，当应变量较低时，一个再结晶循环全 再结晶才会发生，并重新硬化软化竞争过程：在中 部完成而下一个再结品循环还没有开始，表现在流 等应变速率情况下，表现为近似稳态流变特征，如 变曲线上就是周期性的波动，当应变量增加到一定 图3(c)~(d)所示；在高应变速率条件下，6082铝 值后，竞争逐渐趋于平衡，随应变量的增加其应力也 合金也交变出现软化→硬化→软化现象，在真应

第 9 期 丁贤飞等: 6005A 与 6082 铝合金热变形流变行为 图 2 6005A 铝合金不同应变速率下的热压缩真应力--真应变曲线． ( a) 0. 005 s － 1，( b) 0. 01 s － 1，( c) 0. 1 s － 1，( d) 1 s － 1，( e) 10 s － 1 Fig． 2 True stress-true strain curves of 6005A aluminum alloy during hot compression at different strain rates: ( a) 0. 005 s － 1 ; ( b) 0. 01 s － 1 ; ( c) 0. 1 s － 1 ; ( d) 1 s － 1 ; ( e) 10 s － 1 组使材料发生动态回复和动态再结晶而软化． 虽然 铝合金属于高层错能合金，扩展位错较窄，利于发生 交滑移，其热变形过程中的主要软化机制是动态回 复，但同时也可能会发生动态再结晶过程［11--12］． 一般认为，金属在低应变速率时，加工硬化和动 态再结晶两个过程竞争作用导致真应力--真应变曲 线呈现波浪形特征; 在中等应变速率条件下，加工硬 化和动态软化过程几乎同时完成，其硬化和软化可 以在短时间内达到动态平衡，从而其真应力--真应 变曲线接近直线; 而在高应变速率时，动态再结晶过 程来不及进行，动态回复占主要地位，动态回复与加 工硬化的竞争作用也可能导致真应力--真应变曲线 呈现波浪形特征． 对于 6005A 铝合金来说，在低应 变速率情况下，当应变量较低时，一个再结晶循环全 部完成而下一个再结晶循环还没有开始，表现在流 变曲线上就是周期性的波动，当应变量增加到一定 值后，竞争逐渐趋于平衡，随应变量的增加其应力也 趋于平稳，如图 2( a) 所示; 在中等应变速率情况下， 硬化和软化接近平衡，表现为稳态流变特征，如图 2 ( b) ～ ( d) 所示，高温热变形过程中可能发生少量强 化相的动态析出导致合金流变应力随应变量的增加 略有增加; 在高应变速率的情况下，当应变量较低 时，回复和硬化过程的竞争使流变曲线呈现波浪形 上升的趋势，随着应变量的增加，硬化过程占据主导 地位，如图 2( e) 所示． 对于 6082 铝合金来说，在低 应变速率情况下，流变曲线未出现周期性波动，如图 3( a) 和( b) 所示，但加工硬化、动态回复和动态再结 晶三者的竞争导致流变曲线略呈现不规则变化，特 别是当合金变形温度较低时，应变量需增大到某 一临界值使动态再结晶驱动力达到足够大，动态 再结晶才会发生，并重新硬化软化竞争过程; 在中 等应变速率情况下，表现为近似稳态流变特征，如 图 3( c) ～ ( d) 所示; 在高应变速率条件下，6082 铝 合金也交变出现软化→硬化→软化现象，在真应 ·1043·

·1044· 北京科技大学学报 第34卷 50H (a) sof (b) 40 40 30 4-450℃ 4450℃ 20 g-500℃ 550T 20 9-009P t-550℃ 10 10 0.1 0.20.3 0.40.5 0.1 0.20.3 0.40.5 真应变 真应变 70 (c) 60- 50 60 4450℃ 90 +450℃ ÷-500℃ 9-500℃ v-550℃ -550℃ 10 0.1 0.20.3 0.40.5 0 0.1 0.20.30.405 直应变 真应变 80 60 40 4450℃ 9-500℃ 20 F-550℃ 0 0.1 0.20.3 0.40.5 真应变 图36082铝合金不同应变速率下的热压缩真应力一真应变曲线.(a)0.005s1,(b)0.01s1,(c)0.1s1,(d)1s1,()10sl Fig.3 True stress-rue strain curves of 6082 aluminum alloy during hot compression at different strain rates:(a)0.005s;(b)0.01s;(c) 0.1sl:(d)1sl:(e)10s-1 力一真应变曲线上呈现上下起伏的波浪形特征，如 J·(molK)-1;A为结构因子，s1;n为应力指数；a 图3(e)所示. 为应力水平参数，MPa1.假设合金的变形激活能Q 由图2和图3可以看出，6005A与6082铝合金 与温度T无关，对式(1)取对数得 在具有稳态流变特征的应变速率条件下，同一变形 Ine=InA-Q/(RT)+nln [sinh (ao)](2) 速率时，其流变应力和峰值应变（峰值应力对应的 因此分别当温度恒定时和应变速率恒定时， 应变值)随变形温度的升高而降低，同一变形温度 alns n= (3) 时，其流变应力和峰值应变随应变速率的增加而增 Ialnsinh(ao）Jr 加，这说明两种合金均为正应变速率敏感材料) Q/(Rn)= [alnsinh(axo）l a(1/T)J: (4) 3.2热变形本构方程 联立式(3)和式(4)可得 在热变形过程中，材料在任何应变或稳态下的 alng 流变应力σ取决于变形温度T和应变速率&.Zener Q=R aln [sinh (ao) aln [sinh(ao）l a(1/T) 和Hollomon提出并验证了流变应力g、应变速率 (5) 和温度T的关系可用下式表示： 对不同的热加工研究数据表明回，在低、高应力条 Z=Eexp(Q/RT)=A [sinh (ao)]" (1) 件下，分别有以下两式成立： 式中：Z为Zener-Hollomon参数，即温度补偿的应变 =A0m, (6) 速率因子，s1;Q为变形激活能，J·mol-,其值反映 =Azexp(Bo). (7) 了材料热变形的难易程度；R为摩尔气体常数， 式中，A1A2、m,和B为常数，且满足=B/n1

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 3 6082 铝合金不同应变速率下的热压缩真应力--真应变曲线． ( a) 0. 005 s － 1，( b) 0. 01 s － 1，( c) 0. 1 s － 1，( d) 1 s － 1，( e) 10 s － 1 Fig． 3 True stress-true strain curves of 6082 aluminum alloy during hot compression at different strain rates: ( a) 0. 005 s － 1 ; ( b) 0. 01 s － 1 ; ( c) 0. 1 s － 1 ; ( d) 1 s － 1 ; ( e) 10 s － 1 力--真应变曲线上呈现上下起伏的波浪形特征，如 图 3( e) 所示． 由图 2 和图 3 可以看出，6005A 与 6082 铝合金 在具有稳态流变特征的应变速率条件下，同一变形 速率时，其流变应力和峰值应变( 峰值应力对应的 应变值) 随变形温度的升高而降低，同一变形温度 时，其流变应力和峰值应变随应变速率的增加而增 加，这说明两种合金均为正应变速率敏感材料［13］． 3. 2 热变形本构方程 在热变形过程中，材料在任何应变或稳态下的 流变应力 σ 取决于变形温度 T 和应变速率 ε ·． Zener 和 Hollomon ［14］提出并验证了流变应力 σ、应变速率 ε · 和温度 T 的关系可用下式表示: Z = ε ·exp( Q/RT) = A［sinh( ασ) ］n ． ( 1) 式中: Z 为 Zener-Hollomon 参数，即温度补偿的应变 速率因子，s － 1 ; Q 为变形激活能，J·mol － 1 ，其值反映 了材料 热 变 形 的 难 易 程 度; R 为摩尔气体常数， J·( mol·K) － 1 ; A 为结构因子，s － 1 ; n 为应力指数; α 为应力水平参数，MPa － 1 ． 假设合金的变形激活能 Q 与温度 T 无关，对式( 1) 取对数得 lnε · = lnA － Q/( RT) + nln［sinh( ασ) ］． ( 2) 因此分别当温度恒定时和应变速率恒定时， n = [ lnε · lnsinh( ασ ] ) T ， ( 3) Q/( Rn) = [ lnsinh( ασ) ( 1 /T ] ) ·ε ． ( 4) 联立式( 3) 和式( 4) 可得 Q = R { lnε · ln［sinh( ασ } ) ］ { T ln［sinh( ασ) ( 1 /T } ) ·ε ． ( 5) 对不同的热加工研究数据表明［9］，在低、高应力条 件下，分别有以下两式成立: ε · = A1σn1， ( 6) ε · = A2 exp( βσ) ． ( 7) 式中，A1、A2、n1和 β 为常数，且满足 α = β /n1 ． ·1044·

第9期 丁贤飞等：6005A与6082铝合金热变形流变行为 ·1045· 对式(6)和式(7)两边取对数，可得 的峰值应力、应变速率以及己求得的α值代入式 Ing InA +n,Ino, (8) (2),通过线性拟合可得到n[sinh(ao)]-lne关 Ing InA2 +Bo. (9) 系曲线和ln[sinh(aw)]-l/T关系曲线，分别如图 利用稳态流变的数据分别对低、高应力条件 6和图7所示.图6和图7中曲线斜率分别为1/n 下绘制两种铝合金lne-lnw与ng-o曲线并进行 和Q/(nR),由此可求得合金的变形激活能Q和应 线性拟合，如图4和图5所示，n,和B分别为拟合 力指数n,所求两种铝合金热变形参数的结果如表 直线的斜率，可计算得α值.将合金在不同温度下 2所示. 550℃500℃450℃ 550℃500℃450℃ oL(b) -2 3 3.63.73.83.94.04.14.24.3 3.8 3.9 404.424344 In(o/MPa) In(O/MPa) 图4不同温度下ln6和no的关系.(a)6005A铝合金：(b)6082铝合金 Fig.4 Relationships between Ins and Ino at different temperatures:(a)6005A:(b)6082 550℃500℃ 450℃ 550℃ 500℃450℃ 06 6 354045505560657075 4550556065707580 G/MPa G/MPa 图5不同温度下n6和G的关系.(a)6005A铝合金：(b)6082铝合金 Fig.5 Relationships between Ine and o at different temperatures:(a)6005A:(b)6082 550℃500℃ 450℃ 550℃500℃450℃ -2 -3 4 5 -64 0 0.20.40.608 -0.4-0.20 0.20.4 Inlsinh(ao)] In sinh(co)] 图6不同温度下ln[sinh(ad]和n的关系.(a)6005A铝合金：(b)6082铝合金 Fig.6 Relationships between In [sinh (ao)and In at different temperatures:(a)6005A:(b)6082 表26005A和6082铝合金热变形参数计算值 Table 2 Calculated hot deformation parameters of 6005A and 6082 aluminum alloys 铝合金 B a /MPa- n Q/(kJ-mol-1) A/s-1 6005A 0.239 11.58 0.021 8.73 145.21 1.51×102 6082 0.225 13.78 0.016 10.43 120.48 1.86×10-0

第 9 期 丁贤飞等: 6005A 与 6082 铝合金热变形流变行为 对式( 6) 和式( 7) 两边取对数 ，可得 lnε · = lnA1 + n1 lnσ， ( 8) lnε · = lnA2 + βσ． ( 9) 利用稳态流变的数据分别对低、高应力条件 下绘制两种铝合金 lnε ·--lnσ 与 lnε ·--σ 曲线并进行 线性拟合，如图 4 和图 5 所示，n1和 β 分别为拟合 直线的斜率，可计算得 α 值． 将合金在不同温度下 的峰值应力、应变速率以及已求得的 α 值代入式 ( 2) ，通过线性拟合可得到 ln［sinh( ασ) ］--lnε · 关 系曲线和 ln［sinh( ασ) ］--1 /T 关系曲线，分别如图 6 和图 7 所示． 图 6 和图 7 中曲线斜率分别为 1 /n 和 Q/( nR) ，由此可求得合金的变形激活能 Q 和应 力指数 n，所求两种铝合金热变形参数的结果如表 2 所示． 图 4 不同温度下 lnε · 和 lnσ 的关系． ( a) 6005A 铝合金; ( b) 6082 铝合金 Fig． 4 Relationships between lnε · and lnσ at different temperatures: ( a) 6005A; ( b) 6082 图 5 不同温度下 lnε · 和 σ 的关系． ( a) 6005A 铝合金; ( b) 6082 铝合金 Fig． 5 Relationships between lnε · and σ at different temperatures: ( a) 6005A; ( b) 6082 图 6 不同温度下 ln［sinh( ασ) ］和 lnε ·的关系． ( a) 6005A 铝合金; ( b) 6082 铝合金 Fig． 6 Relationships between ln［sinh( ασ) ］and lnε · at different temperatures: ( a) 6005A; ( b) 6082 表 2 6005A 和 6082 铝合金热变形参数计算值 Table 2 Calculated hot deformation parameters of 6005A and 6082 aluminum alloys 铝合金 β n1 α /MPa － 1 n Q /( kJ·mol － 1 ) A /s － 1 6005A 0. 239 11. 58 0. 021 8. 73 145. 21 1. 51 × 10 － 12 6082 0. 225 13. 78 0. 016 10. 43 120. 48 1. 86 × 10 － 10 ·1045·

·1046· 北京科技大学学报 第34卷 08(a) 0.4 0.3 0.6 0.1s4 50.4 -0.1s 0.1 02 0.01s1 0 一0.005g1 -0.1 -0.2F -0.2 1.2x1031.3x10-31.3×10-11.3×1011.4×10-1 1.2×10-31.3×10-31.3×10-11.3×1031.4×101 T/K- 7"K- 图7不同应变速率下ln[sinh(add]和1/T关系.(a)6005A铝合金：(b)6082铝合金 Fig.7 Relationships between In [sinh (ao)]and 1/T at different strain rates:(a)6005A:(b)6082 以上拟合结果均较好地符合了线性关系，说明 exp(-145.21×103/RT) 两种铝合金高温变形时应力和变形温度之间的关系 和 属于Arrhenius关系可，热变形是受热激活控制.将 &=1.86×10-i0(sinh(0.016)]10.43. 计算结果代入式(1)，可得6005A和6082铝合金热 exp(-120.48×103/R7）. 变形条件下流变应力与应变速率及温度之间分别满 足关系式 参考文献 e=1.51×10-2(sinh(0.021a)]&73. [Yang W C,Wang M P,Sheng X F,et al.Study of the aging pre- exp(-145.21×103/RT cipitation and hardening behavior of 6005A alloy sheet for rail traf- fic vehicle.Acta Metal Sin,2010,46(12):1481 和 (杨文超，汪明朴，盛晓菲，等.轨道交通车辆用6005A合金板 g=1.86×10-0(sinh(0.016a)]1a.4s. 材时效析出及硬化行为研究.金属学报，2010,46(12)： exp(-120.48×103/RT). 1481) 与6005A相比，6082铝合金变形抗力高，难以 2] Liu JA.The extrusion of large sized special 6005A aluminium 变形.由于6005A与6082铝合金化学成分与Mg/Si profile.Light Alloy Fabr Technol,2004,2(4):36 比不同，尽管经过均匀化处理，热变形过程中析出的 (刘静安.6005A铝合金大型特种型材的研制.轻合金加工技 术，2004,32(4)：36) 第二相颗粒种类、形貌及体积分数不同，导致A一 B] Xiao C W,Wang M P,Wang Z A,et al.Quench sensitivity of MgSi系合金不同的沉淀强化效果并最终表现出不 6005A aluminum alloy.Chin J Nonferrous Met,2003,13 (3): 同的流变行为. 635 (肖从文，汪明朴，王正安，等.6005A合金的淬火敏感性.中 4结论 国有色金属学报，2003,13(3)：635) [4] Liu C L,Huang G J.Hot extrusion processing and microstructural (1)6005A铝合金在低应变速率条件下，不同 analysis of 6082 aluminum alloy.Mater Rev,2011,25(Suppl. 温度下的流变曲线均呈现波浪形特征，随着应变速 2):266 率的增加，硬化和软化接近平衡，表现为稳态流变特 (刘承禄，黄光杰.6082铝合金热挤压成形行为及微观组织研 征，在高应变速率条件下，硬化过程占据主导地位， 究.材料导报，2011,25（增刊2）：266) 回复和硬化过程的竞争使流变曲线呈现波浪形上升 5 Luo J,Ni X.Research on production technology of 6082 alloy ex- 的趋势. trusion sectional bar.Metall Collect,2007(4):4 (罗钧，倪希.6082铝合金挤压铝型材生产工艺研究.治金丛 (2)6082铝合金在低应变速率情况下，不同温 刊，2007(4)：4) 度下的流变曲线未出现周期性波动，在中等应变速 [6]Jin M,Sun B L,Li J,et al.Effect of Zr addition on high temper- 率条件下也表现为稳态流变特征，在高应变速率条 ature softening of 6082 Al-Mg-Si alloys.Heat Treat Met,2005,30 件下出现波浪形特征. (7):6 (3)两种合金均为正应变速率敏感材料，其热 (金曼，孙保良，李品，等.微量元素Z对6082铝合金高温软 变形是受热激活控制.6005A和6082铝合金热变 化性能的影响.金属热处理，2005,30(7)：6) 7] Wang X L,Yu LL,Zhao Y J,et al.Influence of holding time 形条件下流变应力、应变速率和变形温度之间分别 both before and during aging on structure and properties of 6082- 满足关系式 T651 plate.Light Alloy Fabr Technol,2011,39(2)25 e=1.51×10-2(sinh(0.021)]&73. (王雪玲，于莉莉，赵永军，等.时效前停放时间和时效保温时

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 7 不同应变速率下 ln［sinh( ασ) ］和 1 /T 关系． ( a) 6005A 铝合金; ( b) 6082 铝合金 Fig． 7 Relationships between ln［sinh( ασ) ］and 1 /T at different strain rates: ( a) 6005A; ( b) 6082 以上拟合结果均较好地符合了线性关系，说明 两种铝合金高温变形时应力和变形温度之间的关系 属于 Arrhenius 关系［9］，热变形是受热激活控制． 将 计算结果代入式( 1) ，可得 6005A 和 6082 铝合金热 变形条件下流变应力与应变速率及温度之间分别满 足关系式 ε · = 1. 51 × 10 － 12 ( sinh( 0. 021σ) ］8. 73 · exp( － 145. 21 × 103 /RT) 和 ε · = 1. 86 × 10 － 10 ( sinh( 0. 016σ) ］10. 43 · exp( － 120. 48 × 103 /RT) ． 与 6005A 相比，6082 铝合金变形抗力高，难以 变形． 由于6005A 与6082 铝合金化学成分与 Mg /Si 比不同，尽管经过均匀化处理，热变形过程中析出的 第二相颗粒种类、形貌及体积分数不同，导致 Al-- Mg--Si 系合金不同的沉淀强化效果并最终表现出不 同的流变行为． 4 结论 ( 1) 6005A 铝合金在低应变速率条件下，不同 温度下的流变曲线均呈现波浪形特征，随着应变速 率的增加，硬化和软化接近平衡，表现为稳态流变特 征，在高应变速率条件下，硬化过程占据主导地位， 回复和硬化过程的竞争使流变曲线呈现波浪形上升 的趋势． ( 2) 6082 铝合金在低应变速率情况下，不同温 度下的流变曲线未出现周期性波动，在中等应变速 率条件下也表现为稳态流变特征，在高应变速率条 件下出现波浪形特征． ( 3) 两种合金均为正应变速率敏感材料，其热 变形是受热激活控制． 6005A 和 6082 铝合金热变 形条件下流变应力、应变速率和变形温度之间分别 满足关系式 ε · = 1. 51 × 10 － 12 ( sinh( 0. 021σ) ］8. 73 · exp( － 145. 21 × 103 /RT) 和 ε · = 1. 86 × 10 － 10 ( sinh( 0. 016σ) ］10. 43 · exp( － 120. 48 × 103 /RT) ． 参 考 文 献 ［1］ Yang W C，Wang M P，Sheng X F，et al． Study of the aging pre￾cipitation and hardening behavior of 6005A alloy sheet for rail traf￾fic vehicle． Acta Metal Sin，2010，46( 12) : 1481 ( 杨文超，汪明朴，盛晓菲，等． 轨道交通车辆用 6005A 合金板 材时效析出及硬化行为研究． 金 属 学 报，2010，46 ( 12 ) : 1481) ［2］ Liu J A． The extrusion of large sized special 6005A aluminium profile． Light Alloy Fabr Technol，2004，2( 4) : 36 ( 刘静安． 6005A 铝合金大型特种型材的研制． 轻合金加工技 术，2004，32( 4) : 36) ［3］ Xiao C W，Wang M P，Wang Z A，et al． Quench sensitivity of 6005A aluminum alloy． Chin J Nonferrous Met，2003，13 ( 3) : 635 ( 肖从文，汪明朴，王正安，等． 6005A 合金的淬火敏感性． 中 国有色金属学报，2003，13( 3) : 635) ［4］ Liu C L，Huang G J． Hot extrusion processing and microstructural analysis of 6082 aluminum alloy． Mater Rev，2011，25 ( Suppl． 2) : 266 ( 刘承禄，黄光杰． 6082 铝合金热挤压成形行为及微观组织研 究． 材料导报，2011，25( 增刊 2) : 266) ［5］ Luo J，Ni X． Research on production technology of 6082 alloy ex￾trusion sectional bar． Metall Collect，2007( 4) : 4 ( 罗钧，倪希． 6082 铝合金挤压铝型材生产工艺研究． 冶金丛 刊，2007( 4) : 4) ［6］ Jin M，Sun B L，Li J，et al． Effect of Zr addition on high temper￾ature softening of 6082 Al-Mg-Si alloys． Heat Treat Met，2005，30 ( 7) : 6 ( 金曼，孙保良，李晶，等． 微量元素 Zr 对 6082 铝合金高温软 化性能的影响． 金属热处理，2005，30( 7) : 6) ［7］ Wang X L，Yu L L，Zhao Y J，et al． Influence of holding time both before and during aging on structure and properties of 6082- T651 plate． Light Alloy Fabr Technol，2011，39( 2) : 25 ( 王雪玲，于莉莉，赵永军，等． 时效前停放时间和时效保温时 ·1046·

第9期 丁贤飞等：6005A与6082铝合金热变形流变行为 ·1047· 间对6082-651铝合金板材组织与性能的影响.轻合金加工 (蔡一鸣，李慧中，梁霄鹏，等.7039铝合金高温的热变形行 技术，2011,39(2)：25) 为.中国有色金属学报，2008,18(10)：1775) [8]Xu H J,Tang H Y,Liu Z P,et al.Microstructure and mechani- [11]Wang Z T,Tian R Z.Aluminum Alloys and Manual of its Manu- cal properties of 6082 aluminum alloy joints welded by MIG.Hot facture.Changsha:Central South University Press,2005 Work Technol,2010,39 (1)131 (王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册.长沙：中南大学出 (许鸿吉，唐海鹰，刘志平，等.6082铝合金MG焊焊接接头组 版社，2005) 织与力学性能研究.热加工工艺，2010,39(1)：131) [12]Shen J.Xie SS,Tang J H,Tang J H.Dynamic recovery and ]Li HZ,Zhang X M,Chen M A.et al.Hot deformation behavior dynamic recrystallization of 7005 aluminum alloy during hot com- of 2519 aluminum alloy.Chin J Nonferrous Met,2005,15(4): pression.Acta Metal Sin Engl Lett,2000,13 (1):379 621 [13]Mao W M,Zhao X B.Metal Recrystallization and Grain Growth. (李慧中，张新明，陈明安，等.2519铝合金热变形流变行为. Beijing:Metallurgical Industry Press,1994 中国有色金属学报，2005,15(4)：621) (毛卫民，赵新兵.金属的再结晶与晶粒长大.北京：治金工 [10]Cai Y M,Li HZ,Liang X P,et al.Thermal deformation behav- 业出版社，1994) ior for 7039 aluminum alloy at elevated temperature.Chin Non- 14]Zener C,Hollomon J H.Effect of strain rate upon plastic flow of ferrous Met,2008,18(10):1775 steel.J Appl Phys,1944,15(1):22

第 9 期 丁贤飞等: 6005A 与 6082 铝合金热变形流变行为 间对 6082--T651 铝合金板材组织与性能的影响． 轻合金加工 技术，2011，39( 2) : 25) ［8］ Xu H J，Tang H Y，Liu Z P，et al． Microstructure and mechani￾cal properties of 6082 aluminum alloy joints welded by MIG． Hot Work Technol，2010，39( 1) : 131 ( 许鸿吉，唐海鹰，刘志平，等． 6082 铝合金 MIG 焊焊接接头组 织与力学性能研究． 热加工工艺，2010，39( 1) : 131) ［9］ Li H Z，Zhang X M，Chen M A． et al． Hot deformation behavior of 2519 aluminum alloy． Chin J Nonferrous Met，2005，15 ( 4) : 621 ( 李慧中，张新明，陈明安，等． 2519 铝合金热变形流变行为． 中国有色金属学报，2005，15( 4) : 621) ［10］ Cai Y M，Li H Z，Liang X P，et al． Thermal deformation behav￾ior for 7039 aluminum alloy at elevated temperature． Chin J Non￾ferrous Met，2008，18( 10) : 1775 ( 蔡一鸣，李慧中，梁霄鹏，等． 7039 铝合金高温的热变形行 为． 中国有色金属学报，2008，18( 10) : 1775) ［11］ Wang Z T，Tian R Z． Aluminum Alloys and Manual of its Manu￾facture． Changsha: Central South University Press，2005 ( 王祝堂，田荣璋． 铝合金及其加工手册． 长沙: 中南大学出 版社，2005) ［12］ Shen J，Xie S S，Tang J H，Tang J H． Dynamic recovery and dynamic recrystallization of 7005 aluminum alloy during hot com￾pression． Acta Metal Sin Engl Lett，2000，13( 1) : 379 ［13］ Mao W M，Zhao X B． Metal Recrystallization and Grain Growth． Beijing: Metallurgical Industry Press，1994 ( 毛卫民，赵新兵． 金属的再结晶与晶粒长大． 北京: 冶金工 业出版社，1994) ［14］ Zener C，Hollomon J H． Effect of strain rate upon plastic flow of steel． J Appl Phys，1944，15( 1) : 22 ·1047·