C5M4鑄鋁合金T6熱處理工藝

株洲九方熱表技術有限公司 （412001) 易忠宏 王鐵鋒 鄭業(yè)方 姜 影 張旭東

C5M4是從日本引進的一種鋁鎂系鑄造鋁合金，主要化學成分如表1所示，T6熱處理后力學性能指標如表2所示。

表1 C5M4化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

表2 C5M4鑄鋁合金T6處理后力學性能指標

由于目前國內(nèi)對于C5M4 T6處理的相關研究報道極少，故通過試驗對其工藝參數(shù)進行探究，為今后C5M4性能研究和工藝改進提供依據(jù)。

1.試驗方法

以相同冶煉爐號的標準鑄造鋁合金砂鑄試棒作為試驗對象。通過選擇不同的T6處理工藝參數(shù)，檢測試棒的力學性能，選擇試驗數(shù)據(jù)的平均值作為該次試驗的數(shù)據(jù)結(jié)果。固溶處理在SX-5-12型小箱式電阻爐進行，時效處理在SX2-4-10型小箱式爐進行，試樣拉伸在CMT5105微機控制電子萬能試驗機上進行。

對固溶處理加熱溫度和保溫時間、時效處理加熱溫度和保溫時間4個工藝參數(shù)進行了試驗研究。

2.固溶處理加熱溫度的研究

試驗選取了從400～590℃區(qū)間10個不同溫度進行固溶處理，采用相同固溶保溫時間及相同人工時效工藝，試驗結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，在520℃以下，強度和伸長率總體均隨溫度升高而提高。分析認為鑄態(tài)組織中含有β相，在溫度低于520℃下固溶處理，不能將β相充分溶解到基體中，部分殘留β相沿著晶界分布，導致在時效過程中新析出的β相也沿著晶界分布，而β相硬而脆，割離基體，宏觀材料性能表現(xiàn)出抗拉強度和伸長率均較低。由金相圖2可看出，此時強化相β相（Mg5Al8）沿晶界分布，與分析一致。隨著固溶加熱溫度的升高，β相溶解到基體中也越多，時效后沿晶界分布越少，割離基體能力減弱，所以宏觀上表現(xiàn)出材料抗拉強度和伸長率隨著溫度升高均提高。

圖1 不同固溶溫度條件下材料性能變化趨勢

圖2 經(jīng) 440℃固溶金相圖

在520℃以上溫度加熱固溶時，隨著溫度的升高，抗拉強度和屈服強度強度均表現(xiàn)為提高的趨勢，但提高幅度較小。這是因為隨著固溶加熱溫度升高，原β相更多的溶解到基體中，時效析出的新β相也越多，所以強度表現(xiàn)上升的趨勢；又因在520℃固溶處理時大部分原β相已經(jīng)溶解，時效析出的新β相增加很少，故強度提高幅度不大。

伸長率隨著溫度升高呈下降趨勢。因在520℃或更高固溶處理時，原β相大部分已經(jīng)溶解，原β相對伸長率作用減弱，而時效析出的新β相增多，對伸長率影響加強，所以伸長率在520℃以上溫度表現(xiàn)為下降趨勢。金相圖3顯示520℃時β相已經(jīng)不再沿晶界分布，而是均勻分布，與分析相一致。

圖3 520℃固溶金相

當固溶加熱溫度為570℃時，金相圖4顯示出現(xiàn)小三角晶界，晶粒開始粗化，晶界開始變得粗大，析出相β相開始團聚，說明此時已有過燒的傾向，只是不明顯，所以對性能影響不是很大；當在590℃固溶時，試棒表面已明顯出現(xiàn)褶皺，說明溫度已過高，導致試棒熔化，此時力學性能也很差，金相圖5顯示已出現(xiàn)三角晶界、晶界復熔加粗和共晶復熔現(xiàn)象，說明材料已經(jīng)過燒。

圖4 經(jīng)570℃固溶處理后的金相圖

圖5 590℃固溶處理后的金相圖

綜合上述分析得知，C5M4較適合的固溶處理加熱溫度范圍為520～550℃。

3.固溶處理保溫時間的研究

試驗選取3組試棒，分別在530℃下保溫1h、2.5h、4h后水冷淬火，再經(jīng)相同條件人工時效處理，試驗結(jié)果如圖6所示。

圖6 材料性能隨固溶時間延長變化折線

可看出隨著固溶保溫時間的增長，抗拉強度和屈服強度緩慢提高；而伸長率與強度變化相反，呈現(xiàn)緩慢下降趨勢。分析認為隨著固溶保溫時間的延長，更多的溶質(zhì)原子溶解在基體中，時效后析出更多的強化相，從而使材料強度提高，塑性下降；而變化緩慢是由于溶質(zhì)原子的溶解速度很快，530℃處理1h后溶質(zhì)原子大部分已經(jīng)溶解在基體中，隨著時間的延長，只有少部分的溶質(zhì)原子繼續(xù)溶解在基體中，所以強度提高緩慢，伸長率降低緩慢。

綜上所述，C5M4在530℃下固溶時，保溫時間由1h變成4h，試棒的強度隨時間延長而提高，但提高幅度不大。

4.人工時效加熱溫度的研究

試驗選取5組試棒，均在530℃保溫4h固溶處理后，分別在120℃、150℃、170℃、200℃、220℃進行時效處理，檢測試棒力學性能，如圖7所示。

圖7 材料性能隨時效溫度升高變化

由圖看出，隨著時效溫度的提高，抗拉強度和屈服強度提高，在170℃以下時效，材料時效強化效果不好；200℃時效時，抗拉強度和屈服強度有極大值；在220℃時效，材料強度下降。根據(jù)時效強化過程，200℃時為峰值時效階段，此時時效效果較好；220℃時過度相開始脫離基體，強度開始下降，這時已有過時效的趨勢。

在220℃時效處理后，試棒的伸長率較200℃時效處理的急劇提高，這顯示時效析出的β相開始脫離基體，表明時效溫度偏高。

綜上所述，試棒在170～200℃時效處理后得到的綜合力學性能較好，所以C5M4的理想人工時效加熱溫度區(qū)間為170～200℃。

5.人工時效保溫時間的研究

試驗選取4組試棒，在530℃保溫4h固溶處理后，分別在200℃保溫1h、2h、3h、4h，檢測每組試棒的力學性能，結(jié)果如圖8所示。

圖8 材料性能隨時效時間延長變化

由圖8可以看出，隨著時效時間的加長，抗拉強度逐漸提高，但幅度很小。隨著時效時間的延長，析出的強化相逐漸變多，強化效果越明顯，但時效1h大部分強化相已經(jīng)析出，繼續(xù)時效，少量的強化相繼續(xù)析出，所以強化效果增加緩慢。

綜上所述，C5M4在200℃人工時效溫度下，保溫時間由1h延長到4h，抗拉強度和屈服強度均緩慢上升。

（20121204）