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      熱處理對含硼6061鋁合金組織及性能影響

      2017-06-08 16:27:35張紅科
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2017年12期
      關鍵詞:含硼時效微觀

      張紅科

      摘 要:本文研究了熱處理工藝對含硼6061鋁合金的影響,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):固溶溫度和固溶時間對含硼6061鋁合金影響較大,隨固溶溫度的提高和固溶間的延長,對Mg2Si的溶入有較大的促進作用。時效溫度和時效時間也對6061鋁合金有較大影響,時效溫度越高、時效時間越長,Mg2Si的析出越多,結(jié)合微觀組織和硬度數(shù)據(jù),含硼6061合金的熱處理工藝為:555℃×5.5h+175℃×6h。

      關鍵詞:6061鋁合金;熱處理;金相組織;性能

      中圖分類號:TG457 文獻標識碼:A

      6061合金屬于A1-Mg-Si系可熱處理強化鋁合金,主要合金元素為Mg和Si,并以Mg2Si相為主要強化相,具備中等強度、擠壓加工性能優(yōu)良、耐蝕性高和可焊性好等特點,可作為結(jié)構(gòu)、裝飾、汽車車身以及輪轂等材料,還是生產(chǎn)擠壓型材的主要原材料。鋁合金的時效過程是受擴散控制的,合金元素對時效過程中沉淀相的析出有很大影響,其中硼的加入能使其晶界發(fā)生改變,提高其綜合性能。本文主要通過改變固溶和時效溫度以及保溫時間的熱處理參數(shù),研究了熱處理工藝對含硼6061鋁合金微觀組織及力學性能的影響,為6061鋁合金的進一步開發(fā)與應用做探討性研究。

      1.試驗材料及方法

      1.1 試驗材料

      本文選用的材料為含硼量為0.2wt.%的6061鋁合金,其主要成分見表1。

      1.2 試驗方法

      通過熔煉得到含硼量為0.2%(質(zhì)量分數(shù))的6061鋁合金。通過切割、打磨將試樣利用HBS-3000型數(shù)顯布氏硬度計進行硬度試驗。經(jīng)打磨拋光后使用Kerell試劑腐蝕,Kerell試劑的配比見表2。用Axiovert 40 MAT型金相顯微鏡觀察合金的微觀組織。

      2.實驗結(jié)果及分析

      2.1 固溶溫度對含硼6061鋁合金組織及性能的影響

      圖1、圖2為不同固溶溫度固溶3.5h合金的微觀組織及力學性能。

      從圖1中可以看出伴隨著固溶溫度的提高,6061合金的顯微組織變化十分明顯。當固溶溫度為535℃時,晶內(nèi)及晶界殘留許多粗大的相粒子(圖中黑色斑點),這是由于合金固溶不充分;當固溶溫度為545℃時,合金中的強化相粒子明顯減少,合金的強化相粒子大多數(shù)溶入到基體內(nèi);當固溶溫度為555℃時,合金的晶內(nèi)強化相幾乎全部溶入基體中。

      由圖2可以看出隨著固溶溫度的增加,整體呈上升趨勢,在575℃硬度最高,但在565℃出現(xiàn)了一個降低的現(xiàn)象,這可能是合金中存在缺陷所致。

      綜合上述的金相和硬度分析,選擇的固溶溫度是555℃為最佳。

      2.2 固溶時間對含硼6061鋁合金組織及性能的影響

      圖3、圖4為相同固溶溫度不同固溶時間的6061鋁合金組織及力學性能。

      由圖3可以看出,當保溫時間較短時,合金中大量的Mg2Si(β)相還未完全固溶到晶內(nèi),所以此時所產(chǎn)生的固溶強化作用較小。隨著保溫時間的增加,合金中的Mg2Si(β)相會不停的固溶到晶體內(nèi),當保溫時間增加到5.5h時,該合金中大部分的Mg2Si(β)相已基本充分溶解。隨著進一步延長保溫時間,出現(xiàn)晶粒的長大現(xiàn)象。

      由圖4可知,隨著固溶時間的增加,合金的硬度呈現(xiàn)先上升再下降再升高的趨勢,當固溶時間為5.5h時,合金的硬度達到最大值。至于合金固溶在4.5h時合金的硬度下降的現(xiàn)象,可能和合金中存在的缺陷有關。

      綜合上述的金相和硬度分析,選擇的固溶時間是5.5h。

      2.3 時效溫度對含硼6061鋁合金組織和性能的影響

      圖5、圖6為不同時效溫度下6061鋁合金的微觀組織及力學性能。

      從圖5中看出在時效時間相同的情況下,隨著溫度的增加合金中的第二相粒子數(shù)量增多,且尺寸增大。時效過程只是強化相從基體中析出,并彌散分布,達到彌散強化的效果,提高其強度。

      合金經(jīng)555℃固溶后,時效溫度對Al-Mg-Si合金硬度影響很大,當時效溫度為175℃時,合金硬度值最高,隨著時效溫度提高,合金的硬度下降。結(jié)合不同時效溫度時的微觀組織分析可知,時效溫度提高,合金的晶粒粗化,因此硬度下降,所以時效溫度選擇為175℃。

      2.4 時效時間對含硼6061鋁合金組織和性能的影響

      圖7、圖8為相同時效時間不同時效溫度的6061鋁合金組織及力學性能。

      從圖中可以看出,隨著時效時間的延長,合金中的黑色第二相數(shù)量增多,且尺寸逐漸變大。

      結(jié)合合金不同時效時間時的組織可以知道,隨著時效時間的延長,合金中Mg2Si相的數(shù)量增加,因此合金的硬度提高。但是,當時效時間超過6h后,合金的晶粒長大比較明顯,因此合金的硬度稍有降低。所以最終選擇時效時間為6h。

      結(jié)論

      (1)6061鋁合金經(jīng)過固溶后,合金中的Mg2Si溶入α-A1基體中,固溶溫度的升高和固溶時間的延長,都對Mg2Si的溶入促進作用。

      (2)6061鋁合金經(jīng)過時效處理后,合金中的Mg2Si相重新析出,時效溫度越高、時效時越長,Mg2Si的析出越多。

      (3)結(jié)合微觀組織和硬度數(shù)據(jù),6061合金的熱處理工藝為:555℃×5.5h+175℃×6h。

      參考文獻

      [1]張玉平,張淡,竺一葦.雜質(zhì)元素對鋅鋁合金性能的影響[J].太原重型機械學報,1991(2):59-69.

      [2] BARNHURST J, GERVAIS E, BAYLES F D. Gravity Casting of Zinc-Aluminum Alloys-Solidification Behavior of ZA-8, ZA-12 and ZA-27[J]. AFS Transactions, 1983, (91): 569-584.

      [3]劉靜安.熱加工工藝對AI-Mg-Si系合金型材性能的影響[J].輕合金加工技術(shù),2002,30(2):1-5.

      [4]成樂,李彩文,楊雙強,等.鋁-鈦-硼細化劑對6082鋁合金組織和性能的影響[J].輕合金加工技術(shù),2014,42(3):32~35.

      [5]HH諾維柯夫.金屬熱處理理[M].北京:機械工業(yè)出版社,1978:279-282.

      [6]劉靜安.A1-Mg-Si系擠壓合金的自然時效和人工時效特點[J].中國有色金屬學報,1988,增刊(1):2.

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