2024铝合金电导率研究
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摘要：研究了2024铝合金电导率与退火、固溶、人工时效及自然时效热处理参数之间的关系，为电导率在铝合金热处理状态一致性检验方面提供了理论依据。
关键词：2024铝合金；热处理；电导率2024
铝合金是国内外航空、机械工业中应用最广的铝合金之一，然而，对铝合金热处理工艺的控制和使用过程中，特别是在短时较高温度下，材料出现的问题，通常都采用破坏的形式进行金相检查，或采用抗拉试验或硬度试验来检测铝合金热处理质量。由于铝合金热处理后，在一个强度（硬度）值下，可能有两个不同状态。因此，只用强度或硬度来控制铝合金热处理后的质量是一种已经落后的检测方法，是不能完全确保质量的。电导率检测方便快捷，工作效率高，且基本不受被检件形状、重量等条件限制，对零件无损检测独具优势。国内外已有很多采用测电导率的方法来决定铝合金的热处理工艺和某些力学性能的报道[1-3]。本研究的目的是通过一系列试验摸索出2024铝合金热处理制度与电导率之间的关系，为铝合金原材料的电导率检验及零件的电导率检验提供经验与数据支持。
1试验过程
1.1试验用原材料
试验材料为2024铝合金，化学成分见表1。
1.2试验方案
（1）退火温度对2024铝合金电导率的影响。退火温度分别为300℃、350℃、400℃，保温2h，出炉空冷。（2）固溶温度对2024铝合金电导率的影响。固溶处理温度分别为485℃、490℃、495℃、500℃及505℃，保温1h，水淬，自然时效96h。（3）人工时效温度对2024铝合金电导率的影响。固溶温度495℃，保温1h，水淬，分别180℃、185℃、190℃、195℃、200℃时效，保温12h，空冷。（4）自然时效时间对2024铝合金电导率的影响。固溶温度495℃，保温1h，水淬，自然时效24h、48h、72h、96h、120h。1.3试验设备试验选用D60K型、精度为±0.12MS/m的涡流电导率测量仪；在每个试样两端分别取3点测量电导率值，6个测量值的算术平均数为该试样电导率值。
2试验结果及分析
2.1退火温度对2024铝合金电导率的影响
图1显示了退火温度对铝合金电导率的影响。电导率随退火温度升高而降低。这是因为当温度升高时，合金中第二相溶解增多，过饱和固溶体的浓度增加，使基体晶格畸变增加，基体点阵中的电子散射源的数量和密度也随之增加，导电电子的平均自由程变小而使电导率下降。
2.2固溶温度对2024铝合金电导率的影响
铝合金固溶温度对电导率的影响见图2。从图中可以看出，随着固溶温度的逐渐升高，电导率则逐渐降低。固溶程度越大，作为溶质元素的异类原子引起的作为溶剂元素的晶格点阵畸变越大，电子的散射越大，导致电子的平均自由程越小，电导率越低。此外，合金组元间的相互作用引起有效电子数减少，也会使电阻率增大，从而使电导率下降。
2.3人工时效温度对2024铝合金电导率的影响
延伸率与人工时效温度的关系如图3所示，可见随着时效温度的升高电导率逐渐增大。这是因为当时效温度升高时，淬火得到的过饱和固溶体将逐步析出溶质原子，使合金的晶格畸变程度减少，内应力降低，从而使电子运动变得容易，电导率逐步增大。时效温度越高，强化相析出越充分，合金的电导率越高。
2.4自然时效时间对2024铝合金电导率的影响
电导率与自然时效保温时间的关系见图4，随着时间的延长，电导率逐渐升高，在96小时之后变化趋势不明显。这是因为当时效时间增加时，淬火得到的过饱和固溶体将逐步析出溶质原子，使合金的晶格畸变程度减少，内应力降低，从而使电子运动变得容易，此时电导率逐步增大。自然时效时间越长，强化相析出越充分，合金的电导率越高，但超过96小时之后，析出溶质原子趋于饱和，因而电导率的变化趋于平缓。
3结论
通过2024铝合金的电导率试验研究，我们得出这样的结论：（1）随着退火温度的升高铝合金电导率逐渐降低。（2）铝合金电导率随固溶处理温度的升高逐渐降低，可用电导率来判断固溶处理时铝合金固溶体的过饱和程度，如当铝合金的固溶温度持续升高时，电导率如果持续下降，说明该铝合金固溶体的过饱和程度在持续提高；如果电导率保持不变，则说明铝合金固溶体的过饱和程度已经达到极限，继续升温意义不大。（3）铝合金电导率随着人工时效温度的升高而升高，后期上升趋势缓慢。（4）电导率随自然时效时间的延长而逐渐升高，后期趋于稳定。（5）在材料机械性能符合标准的前提下，可以通过调整热处理参数调整铝合金的电导率。（6）两个不同的强度可能对应着一个相同的电导率读数，两个不同的电导率值也可能对应着一个相同的强度值，因此，不能单独用电导率值来确定铝合金的热处理状态。
参考文献
[1]王宁，石峰.电导率用于铝合金热处理工艺控制和过程检查[J].材料工程，19949（6）：37-39.
[2]何和种.热处理对919铝合金电导率和力学性能的影响[J].材料开发与应用，1997，12（3）：6-9.
[3]于洪伟.热处理制度对6082铝合金电导率的影响[J].轻合金加工技术，2002（9）：12-14.
作者：邵秀云 李海宏 孙忠武 单位：中航工业东安发动机（集团）有限公司