均勻化退火對(duì)6005鋁合金擠壓六角棒力學(xué)性能及鹽霧腐蝕性能的影響

李其榮，浦儉英，吳桂蘭，曹 輝，周曉俊，丁小偉

(亞太輕合金南通科技有限公司，江蘇 海安 226600)

輕量化已經(jīng)成為世界整體汽車發(fā)展的潮流，鋁的密度約為鋼的1/3，是汽車工業(yè)的理想金屬材料。目前對(duì)鋁合金各方面性能要求也越來越高[1-2]。6005鋁合金因其具有良好的熱擠壓成形性和耐腐蝕性，大量應(yīng)用于軌道汽車車體中。鑄錠均勻化退火是為了使鑄錠偏析和富集在晶界和枝晶網(wǎng)絡(luò)上的可溶解金屬間化合物發(fā)生溶解，同時(shí)消除內(nèi)應(yīng)力，改善鑄錠的內(nèi)部組織[3]。本試驗(yàn)探討三種不同的均勻化退火工藝對(duì)6005鋁合金組織及性能的影響。

1 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)材料為6005鋁合金，化學(xué)成分如表1所示。

表1 6005鋁合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)Table 1 Chemical composition of 6060 aluminum alloy(wt/%)

鑄錠的三種不同均勻化退火工藝如表2所示。均勻化退火爐型號(hào)為NT-JZ25Q。采用Axio Imager A2M蔡司顯微鏡觀察合金的晶粒。均勻化后的鑄錠在13.5 MN擠壓機(jī)上擠壓成六角棒，擠壓工藝參數(shù)如表3所示。按照GB/T 228.1-2010金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法檢測(cè)合金的力學(xué)性能。酸性人造海水(鹽霧)試驗(yàn)在鹽霧箱內(nèi)進(jìn)行，溶液為每升人造海水鹽溶液添加10 mL冰醋酸，pH值2.8～3.0，箱內(nèi)溫度為(47±1)℃，持續(xù)噴霧30 min，然后停止噴霧90 min，重復(fù)循環(huán)，每小時(shí)收集器收集的溶液在1.0 mL～2.0 mL之間，鹽霧試驗(yàn)時(shí)間960 h，具體過程參ASTM/G 85-1998試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

表2 三種均勻化退火工藝參數(shù)Table 2 Homogenization process parameters

表3 擠壓工藝參數(shù)Table 3 Extrusion process parameters

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 均勻化退火后鑄錠的顯微組織

采用三種不同工藝均勻化退火后的鑄錠的顯微組織如圖1所示。由圖1可以得出，方案1和方案2均勻化退火后的鑄錠的均質(zhì)效果較好，其晶界上的低熔點(diǎn)的共晶產(chǎn)物已得到充分回溶，晶界和晶粒內(nèi)部較為光滑，析出相也很少[4]；方案3均勻化退火后鑄錠組織有部分晶界粗化，且沿晶界可以看到有晶界三角形，說明方案3的均勻化退火溫度過高，已經(jīng)造成鑄錠過燒，故方案3的均勻化退火工藝不可取。

圖1 均勻化退火后鑄錠的顯微組織Fig.1 Microstructure after homogenization

2.2 擠壓

將經(jīng)過方案1和方案2均勻化退火后的鑄錠鋸切成坯料，在13.5 MN擠壓機(jī)上擠壓成圖2所示的六角棒。擠壓參數(shù)如表3所示。六角棒的力學(xué)性能如表4所示。

GB/T 6892-2015關(guān)于6005鋁合金的性能要求為：抗拉強(qiáng)度不小于250 N/mm2、屈服強(qiáng)度不小于200 N/mm2、伸長(zhǎng)率不小于6%。由表4可知，兩個(gè)均勻化方案生產(chǎn)的六角棒均可以滿足國標(biāo)性能要求。

圖2 六角棒截面尺寸(單位：mm)Fig.2 Hexagonal bar sectional dimensions

表4 六角棒的力學(xué)性能Table 4 Mechanical properties

合金的微觀組織決定了合金的力學(xué)性能，均勻化方案2生產(chǎn)的六角棒的力學(xué)性能比方案1的高，可以推斷出其均勻化程度更高。 6×××系鋁合金在均勻化退火過程中會(huì)析出AlMnSi彌散相，AlMnSi彌散相有著高的密度和熱穩(wěn)定性，能提高合金的力學(xué)性能[5]。

客戶需要對(duì)六角棒表面進(jìn)行機(jī)加工，要求六角棒邊緣的平均晶粒尺寸不大于350 μm。圖3是兩個(gè)均勻化方案對(duì)應(yīng)的六角棒外邊緣的晶粒?？梢钥闯觯鶆蚧嘶鸱桨?對(duì)應(yīng)的六角棒外邊緣的平均晶粒尺寸約為325.3 μm，均勻化退火方案2對(duì)應(yīng)的六角棒外邊緣的平均晶粒尺寸約為229.7 μm。方案2的晶粒尺寸及分布比方案1的更均勻。

圖3 六角棒外邊緣晶粒形貌Fig.3 The outer marginal grain

2.3 鹽霧腐蝕

將擠壓好的六角棒時(shí)效處理后做酸性人造海水(鹽霧)試驗(yàn)，腐蝕后的試樣用溫度不超過38 ℃干凈自來水浸泡30 min后清洗，自然干燥。兩個(gè)均勻化退火方案對(duì)應(yīng)的六角棒試樣表面腐蝕狀態(tài)如圖4所示。可以看出，二者表面均有大量的黑色腐蝕坑，且分布沒有規(guī)律。

圖4 六角棒試樣表面腐蝕形貌Fig.4 Surface corrosion diagram

鹽霧腐蝕的評(píng)價(jià)與客戶達(dá)成一致是目測(cè)表面最嚴(yán)重的3個(gè)腐蝕坑，并對(duì)腐蝕坑端面進(jìn)行打磨、測(cè)量其深度，3個(gè)腐蝕坑中深度最大的即為該試樣的腐蝕深度，具體如圖5和圖6所示。

圖5 采用均勻化方案1生產(chǎn)的六角棒表面腐蝕深度Fig.5 The corrosion depth of homogenization 1#

從圖4、圖5和圖6可以看出，兩種方案生產(chǎn)的六角棒表面均有大量的腐蝕坑，方案1生產(chǎn)的六角棒最大腐蝕坑深度為698.39 μm，方案2的最大腐蝕坑深度為498.03 μm。由此可以看出方案2生產(chǎn)的六角棒比方案1生產(chǎn)的更耐腐蝕。合金的組織形貌及性能均會(huì)影響合金的抗腐蝕性能[6]。方案2對(duì)應(yīng)的六角棒組織更加均勻細(xì)小，合金的抗腐蝕性能也越好。

圖6 采用均勻化方案2生產(chǎn)的六角棒表面腐蝕深度Fig.6 The corrosion depth of homogenization 2#

3 結(jié) 論

1)試驗(yàn)的鑄錠三種均勻化退火方案中，采用(530±5)℃8 h和(555±5)℃5 h的均勻化退火工藝的均勻化效果較佳，其晶界上低熔點(diǎn)的共晶產(chǎn)物已得到充分回溶，晶界和晶粒內(nèi)部較為光滑，析出相也很少；采用(580±5)℃5 h均勻化退火工藝后，鑄錠的組織有過燒跡象。

2)采用(530±5)℃8 h和(555±5)℃5 h兩種工藝均勻化退火的鑄錠擠壓的六角棒的性能均可以滿足國標(biāo)要求。

3)采用(530±5)℃8 h均勻化退火的鑄錠擠壓的六角棒，其外邊緣平均晶粒尺寸約為325.3 μm；采用(555±5)℃5 h均勻化退火的鑄錠擠壓的六角棒其外邊緣平均晶粒大小約為229.7 μm。

4)采用(555±5)℃5 h均勻化退火工藝的鑄錠擠壓的六角棒比采用(530±5)℃8 h工藝的六角棒更耐腐蝕。(555±5)℃5 h為6005鋁合金鑄錠最佳均勻化退火制度。