均勻化制度對(duì)6008鋁合金鑄錠組織和性能的影響

孟祥軍， 韓 琢， 王 爽， 張旭東， 賈占濤， 韓啟強(qiáng)

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

6xxx系鋁合金具有很好的熱塑性和較高的強(qiáng)度，優(yōu)良的抗蝕性、焊接性和低密度等優(yōu)點(diǎn)，可以高速擠壓斷面較復(fù)雜的型材，廣泛應(yīng)用于汽車車身、高速列車和城市輕軌等領(lǐng)域[1-3]。Al-Mg-Si系合金鑄錠為非平衡凝固，成分分布不均勻，會(huì)產(chǎn)生大量的枝晶和晶內(nèi)偏析，使合金塑性顯著下降。合金元素在高溫加熱過程中會(huì)趨于分布均勻，在基體中的固溶度提高，消除枝晶。6008合金被歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)確定為“車體型材合金”，具有良好的塑性及優(yōu)良的擠壓加工性能，可高速擠壓成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁并中空的各種型材[4]。目前，對(duì)6008鋁合金的研究報(bào)道較少，特別是對(duì)其鑄錠均勻化處理方向的研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用6008鋁合金鑄錠采用半連續(xù)鑄造方法制備，其實(shí)測(cè)化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Si 0.57，F(xiàn)e 010，Cu 0.10，Mn 0.07，Mg 0.66，Cr 0.01，Zn 0.02，Ti 0.02，V 0.12，Al余量。選取鑄錠的相同位置取試樣若干，在SX2-12-10G型箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行均勻化處理，均勻化制度如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

采用ZEISS AXIO型金相顯微鏡對(duì)樣品組織形態(tài)進(jìn)行觀察；采用SSX-550型掃描電鏡對(duì)鑄錠斷口形貌進(jìn)行觀察；采用AG-X 100KN電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行常溫力學(xué)性能拉伸試驗(yàn)；采用SMP-10渦流電導(dǎo)儀，在22℃溫度下進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)。

表1 均勻化處理制度

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 微觀組織

金相顯微鏡觀察到的不同保溫時(shí)間下鑄錠的組織情況如圖1所示。從圖1(a) (b)可以看出，經(jīng)均勻化處理后，合金鑄態(tài)組織中存在明顯枝晶偏析，枝晶網(wǎng)胞間分布著非平衡共晶，隨著保溫時(shí)間的延長，有部分非平衡相回溶到基體中，但基體內(nèi)的枝晶還有部分存在，說明均勻化過程未完成；由圖1(c)(d)可以看出，隨著保溫時(shí)間增加，枝晶偏析明顯減少，晶內(nèi)組織變得相對(duì)均勻。由此可以看出，在560℃加熱條件下，隨著保溫時(shí)間的延長，鑄態(tài)非平衡共晶組織會(huì)回溶到基體中，枝晶組織在560℃×(8h～10h)時(shí)基本消除，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，為節(jié)省能耗和提高生產(chǎn)效率采用560℃×8h風(fēng)冷的均質(zhì)工藝進(jìn)行批產(chǎn)。

(a)560℃×4h; (b) 560℃×6h; (c) 560℃×8h; (d) 560℃×10h圖1 鑄錠顯微結(jié)構(gòu)對(duì)比Fig. 1 Microstructure comparison of ingot

2.2 斷口分析

對(duì)不同保溫時(shí)間的鑄錠樣品進(jìn)行斷口形貌觀察，具體情況如圖2所示。從圖2可以觀察到560℃×4h鑄錠斷口邊部有大量的解理平臺(tái)，在局部位置有少量尺寸較大的韌窩，且韌窩較淺，說明韌性較差；隨著保溫時(shí)間延長，均勻化程度提升，當(dāng)均勻制度為560℃×8h時(shí)，可觀察到韌窩數(shù)量明顯增加，且韌窩較深，尺寸相對(duì)更加均勻，說明材質(zhì)有很好的韌性。因此，從斷口形貌可以看出，隨著均勻化保溫時(shí)間的延長，組織會(huì)變得均勻，偏析的組織溶入到基體中，導(dǎo)致材料的塑韌性提升。

(a)560℃×4h; (b) 560℃×6h; (c) 560℃×8h; (d) 560℃×10h圖2 鑄錠斷口形貌對(duì)比Fig.2 Comparison of fracture morphology of ingot casting

2.3 力學(xué)性能

均質(zhì)過程中，不同保溫時(shí)間的鑄錠力學(xué)性能如圖3所示。由圖3可以看出，隨著均勻化保溫時(shí)間的延長，鑄錠力學(xué)性能呈上升趨勢(shì)，塑韌性和強(qiáng)度均有所提高，這是因?yàn)殡S著均勻化過程的進(jìn)行，合金元素通過擴(kuò)散在基體中趨于分布均勻，固溶度提高，同時(shí)針狀或片狀β-AlFeSi相向圓顆粒狀的α-AlFeSi相轉(zhuǎn)變，促使材料韌性提升[5-7]。

2.4 電導(dǎo)率

不同保溫時(shí)間的鑄錠電導(dǎo)率如圖4所示。從圖4可以看出，隨著保溫時(shí)間延長，合金的電導(dǎo)率呈上升趨勢(shì)，導(dǎo)電性能逐漸加強(qiáng)，均勻化8h后趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樵诰鶆蚧^程中，鑄造應(yīng)力引起的晶格畸變逐漸消失，晶內(nèi)的合金元素偏析逐漸減小，晶界處的共晶相逐漸溶解，減弱了基體點(diǎn)陣的畸變程度，使基體點(diǎn)陣中電子散射源的密度減小，導(dǎo)電電子的平均自由程度增大[8]，從而合金的導(dǎo)電率增大。隨著均勻化時(shí)間的延長，合金中鑄造應(yīng)力逐漸消失，合金元素的濃度差逐漸變小，基體中空位的濃度也逐漸減小并趨向平衡，從而導(dǎo)電率趨于穩(wěn)定。

圖3 不同保溫時(shí)間鑄錠力學(xué)性能Fig.3 Mechanical properties of ingots with different homogenization time

圖4 不同保溫時(shí)間對(duì)鑄錠電導(dǎo)率的影響Fig.4 Conductivity of ingots with different homogenization time

3 結(jié)論

(1)隨著均勻化時(shí)間的延長，基體內(nèi)部晶格畸變程度逐漸減小，電子平均自由程加大，利于電子散射，電導(dǎo)率增加，560℃×8h均勻化下的電導(dǎo)率可達(dá)到48.92% IACS；

(2)均勻化制度為560℃×8h時(shí)，屈服強(qiáng)度可達(dá)到51MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到142MPa，斷后伸長率A為32%。

(3)從節(jié)省能耗和提高生產(chǎn)效率考慮采用560℃×8h風(fēng)冷的均質(zhì)工藝進(jìn)行批產(chǎn)。