均勻化制度對鋁合金擠壓型材組織和性能影響

趙紅達 張乾坤

（保定諾博汽車裝飾件有限公司 河北 保定 072550）

引言

Al-Mg-Si系鋁合金是可熱處理強化鋁合金，具有極好的熱塑性和較高強度，良好的導電導熱性，易于加工，被廣泛用于航空航天、船舶，汽車等領(lǐng)域。Al-Mg-Si系合金鑄錠為非平衡凝固，成分分布不均勻，易產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，導致合金的力學性能及塑性顯著降低。通過合理的均勻化制度，可使合金元素通過擴散在基體中均勻分布，同時可提高鋁基體中的固溶度，為后續(xù)時效過程提供更多的形核質(zhì)點，促進強化相的析出，進而達到強化合金的目的，對后續(xù)加工工序及最終制品性能將產(chǎn)生很大影響。因此本文主要在低溫長時、高溫短時的不同均勻化制度對擠壓型材組織、力學性能、折彎性能及吸能性能進行深入分析，研究其變化規(guī)律[1]。

1 試驗方法

本實驗采用6xxx系鋁合金鑄棒，進行不同均勻化處理，研究同一擠壓工藝下不同均勻化制度對合金擠壓后性能的影響。本實驗采用差熱分析與金相顯微組織相結(jié)合的方法，判斷合金在不同的均勻化制度下是否發(fā)生過燒。采用金相顯微鏡(OM)分別觀察鑄棒及擠壓型材的顯微組織，對擠壓時效后的試樣進行偏光顯微組織觀察，試樣經(jīng)過研磨、拋光和陽極復膜后，在偏光下拍攝組織照片。采用萬能試驗機進行拉伸實驗，用壓力試驗機進行準靜態(tài)壓潰實驗研究。

2 試驗結(jié)果

2.1 過燒分析

2.1.1 DTA檢測

為了加速鑄錠組織的均勻化過程，應(yīng)盡可能提高均勻化退火溫度，由于低于非平衡固相線溫度進行均勻化退火難以達到組織均勻化。因此，在均勻化過程中，首先要保證均勻化溫度未達到過燒溫度，鑄錠出現(xiàn)波谷的溫度略高于經(jīng)過均勻化鑄錠的溫度，但整體溫度變化較小;可確定過燒溫度在590℃左右。因此，判斷合金在不同均勻化制度下是否過燒還需與顯微組織相結(jié)合[2]。

2.1.2 鑄態(tài)顯微組織

在高于非平衡固相線溫度下進行均勻化退火，可達到均勻化的目的，均勻化的保溫時間也直接影響非平衡相溶解及消除晶內(nèi)偏析所需的時間，即均勻化溫度及保溫時間均能影響均勻化效果的好壞，所以通過微觀組織判斷是否發(fā)生過燒及均勻化效果。鑄棒顯微組織均未出現(xiàn)過燒特征，且無明顯缺陷，說明該均勻化制度下均未發(fā)生過燒現(xiàn)象。

2.2 擠壓型材顯微組織經(jīng)不同

均勻化制度熱處理后擠壓型材邊部顯微組織。沿著皮質(zhì)層部分晶粒被壓碎，出現(xiàn)細小晶粒，靠近心部，晶粒呈纖維狀。均勻化溫度在490～520℃時，未出現(xiàn)皮質(zhì)層，均勻化溫度為550℃時，出現(xiàn)了不同厚度的皮質(zhì)層，，皮質(zhì)層厚度最大為93.37μm;隨著均勻化溫度升高至580℃，皮質(zhì)層最厚為285.12μm，。皮質(zhì)層的出現(xiàn)說明在擠壓過程中，均勻化效果越好，型材所受的力越大，產(chǎn)生熱量越多。該熱量可使擠壓破碎的細小晶粒發(fā)生二次再結(jié)晶，再結(jié)晶在形核長大期間同時進行金屬的形變;在再結(jié)晶完成之前，再結(jié)晶晶粒中心的位錯密度達到足夠發(fā)生另一次再結(jié)晶，新的形核周期又開始，于是在已再結(jié)晶的晶粒中又開始新一輪的形核長大。最終導致出現(xiàn)較厚的再結(jié)晶層即皮質(zhì)層[3]。

2.3 機械性能

2.3.1 力學性能不同

均勻化制度下合金的力學性能。均勻化制度為490℃×8h、520℃×8h時力學性能高于550℃×8h、580℃×8h，斷后伸率變化不大。與微觀組織觀察相結(jié)合，在相同的擠壓工藝下，在擠壓過程中出現(xiàn)動態(tài)再結(jié)晶及晶粒長大現(xiàn)象，層錯能較大，所受的變形抗力較大，即擠壓前均勻化效果較好，擠壓后在宏觀抗拉強度上表現(xiàn)為強度下降，也就是說皮質(zhì)層的出現(xiàn)會使擠壓后型材的力學性能出現(xiàn)略微下降，但韌性變化較小。

2.3.2 折彎性能不同

均勻化制度下合金的折彎性能，均勻化溫度為550℃和580℃時，無論是垂直于擠壓方向還是平行擠壓方向的型材，折彎角度均大于均勻化溫度為490℃和520℃的型材。垂直于擠壓方向的型材，均勻化制度為550℃×8h時折彎角度最大，折彎性能最好;平行于擠壓方向的型材，均勻化制度為580℃×8h時折彎角度最大，折彎性能最好。整體來說，均勻化制度為550℃×8h、580℃×8h時折彎性能較好[4]。

3 結(jié)語

（1)過燒實驗檢測，經(jīng)DTA檢測與鑄態(tài)顯微組織相結(jié)合，均未發(fā)生過燒現(xiàn)象。（2)均勻化效果越好，會產(chǎn)生較厚的皮質(zhì)層。皮質(zhì)層的出現(xiàn)會使擠壓后型材力學性能略微下降。（3)均勻化溫度在550～580℃時，吸能性能隨溫度升高的變化影響較大;均勻化溫度在490～520℃時，吸能性能隨溫度的變化影響不大。（4)整體來說，均勻化制度為580℃×8h時，吸能性能最好，折彎性能較好。