6005A与6082铝合金热变形流变行为.pdf_大学文库

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 increase in the flow stress curve because of the competition between reverting and hardening． The flow stress curve of 6082 aluminum alloy，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 deformation 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 testing 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·

·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 precipitation and hardening behavior of 6005A alloy sheet for rail traffic 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 extrusion 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 temperature 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·