均勻化退火對6005A鋁合金組織及性能的影響

石 嬌，王 宇，楊志勇，崔家銘，祁振武

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

6005A鋁合金是在6005鋁合金基礎上發(fā)展起來的，在可熱處理強化鋁合金中屬于一種中等強度的鋁合金；有很強的抗酸堿和鹽霧腐蝕能力；在焊接過程中流動性好，利于焊接；由于其強度適中且流動性好，利于擠壓且模具損耗小，可以擠壓成各種腔體形狀的鋁合金型材[1-2]，主要應用于建筑、軌道交通、汽車行業(yè)等領域。6005A鋁合金采用半連續(xù)鑄造，結晶器冷卻。在結晶器澆水冷卻過程中，由于合金內部各合金元素來不及充分擴散，導致合金成分偏析，從而產生很強的鑄造應力[3-4]。通常均勻化處理的目的是消除鑄錠內部成分偏析和鑄造應力，改善鑄錠的加工性能[5-6]。本文研究不同均勻化退火制度對6005A合金鑄錠組織、硬度、電導率和粗晶層的影響。

1 實驗材料與方法

實驗材料為6005A鋁合金鑄錠，其化學成分見表1。將鑄錠加工成尺寸為φ174 mm×470 mm的圓棒進行不同均勻化退火，水冷，見表2。

表1 6005A鋁合金鑄錠化學成分(質量分數(shù)，%)Table 1 Chemical composition of 6005A aluminumalloy ingot(mass fraction,%)

表2 不同均勻化制度Table 2 Different homogenization systems

采用蔡司AXI0 光學顯微鏡進行顯微組織觀察；采用SMP10型渦流電導率測試儀測量電導率；采用FV-810維氏硬度儀測量硬度。

2 實驗結果及討論

2.1 鑄錠的顯微組織

Mg2Si是6XXX系鋁合金中的主要強化相，Mg2Si中Mg/Si的質量為1.73。本實驗中6005A合金中Mg/Si質量比為0.74，因此合金中有大量Si過剩[5]，過剩Si能增加擠壓過程中金屬的流動性，但同時也能增加金屬的脆性。合金中添加元素Mn和Cr能有效減少過剩硅對金屬塑性的不利影響，同時促進晶內形成提高金屬沖擊強度的金屬間化合物，提高合金的耐蝕性，對控制粗晶的形成也十分有利[8]。

6005A合金鑄錠經不同均勻化退火處理后的顯微組織，見圖1。鑄態(tài)合金組織內部存在大量連續(xù)分布的枝晶網，大量非平衡結晶相偏聚在枝晶網上以及枝晶網內部，見圖1(a)；470 ℃×9 h均勻化處理后，合金內部枝晶網逐漸斷裂，變成不連續(xù)的鏈狀，部分非平衡結晶相開始溶入6005A合金基體中，見圖l(b)；520 ℃×9 h均勻化處理后，合金內部枝晶網進一步斷裂，可溶相進一步溶解，但枝晶網仍然存在，說明均勻化處理不充分，見圖l(c)；570 ℃×9 h 均勻化處理后，枝晶網幾乎全部斷裂成鏈狀，可溶相幾乎全部溶解，已經達到充分均勻化，見圖1(d)。

(a) 鑄態(tài)；(b) 470 ℃×9 h；(c) 520 ℃×9 h；(d) 570 ℃×9 h圖1 不同均勻化退火處理后6005A合金鑄錠的顯微組織(a) as-cast；(b) 470 ℃×9 h；(c) 520 ℃×9 h；(d) 570 ℃×9 hFig.1 Microstructure of 6005A alloy ingot after different homogenization annealing treatments

2.2 鑄錠的硬度和電導率

不同均勻化制度下6005A鋁合金鑄錠的硬度和電導率變化曲線，見圖2?？梢钥闯?，470 ℃×9 h均勻化處理后合金硬度低于鑄態(tài)；隨著均勻退火溫度升高，合金的硬度逐漸升高，570 ℃時硬度達到最大值。

圖2 6005A鋁合金鑄錠硬度、電導率變化曲線Fig.2 Change curve of hardness and conductivity of 6005A aluminum alloy ingot

合金的硬度與基體的固溶度，即過飽和程度有關，且與合金中Mg2Si等第二相粒子的數(shù)量、形狀、大小及分布密切相關[9]。鑄態(tài)合金在半連續(xù)鑄造、結晶器澆水的快速冷卻情況下，組織中大量的合金元素來不及充分擴散，合金內部成分不均勻，產生鑄造應力，同時在變形過程中Mg2Si等第二相粒子阻礙位錯運動，因此，鑄態(tài)6005A鋁合金的硬度很高。在470 ℃均勻化處理時，合金中有部分第二相粒子析出，降低了合金的固溶度，導致合金硬度相比于鑄態(tài)合金略有下降。520 ℃和570 ℃均勻化處理后，合金中析出的第二相粒子重新回溶到鋁合金基體中，在570 ℃已經充分回溶，在快速澆水冷卻的情況下，形成過飽和固溶體，因此，合金的硬度升高且大于鑄態(tài)合金的硬度。

由圖2還可以看出，470 ℃×9 h均勻化處理后，合金電導率迅速升高，達到最大值；隨著均勻化溫度繼續(xù)升高，電導率逐漸減小。

6005A鋁合金的電導率主要受兩個因素的影響：一是合金元素在鋁合金基體中的固溶度；二是過飽和固溶體分解析出的第二相數(shù)量。當合金中合金元素的固溶度減小時，合金中各原子引起的點陣畸變減弱，點陣畸變對電子的散射作用降低，導致合金的電導率上升。當合金中析出第二相以后，第二相粒子同樣對電子具有散射作用，散射源密度增加，阻礙電子運動，合金的電導率下降。但是，合金的過飽和固溶度和析出相兩者相比較，過飽和固溶度對電子運動的阻礙作用更強。470 ℃均勻化處理時，由于合金中析出了部分MnAl6、Mg2Si等第二相降低了合金的固溶度，合金的電導率上升。520 ℃和570 ℃均勻化處理后，可溶相溶解入鋁合金基體中，合金基本完成充分固溶，合金的電導率減小，但是仍高于鑄態(tài)合金的電導率。這是由于鑄態(tài)合金中的Mn元素降低了合金的導電能力，均勻化處理后Mn元素在鋁合金基體中的固溶度減小，析出MnAl6等第二相。

2.3 擠壓棒材粗晶層

將φ174 mm×500 mm的6005A鋁合金鑄錠擠壓成直徑為φ38 mm圓棒。擠壓參數(shù)為：鑄錠加熱溫度500～520 ℃；擠壓速度3～5 m/min；擠壓筒溫度460 ℃；模具溫度440 ℃；水冷。在不同均勻化退火處理后的擠壓棒材尾部4 m處切取50 mm試樣，進行550 ℃×3 h固溶處理，淬火后對粗晶層厚度進行測量，結果見表3。

表3 6005A合金擠壓棒材粗晶層厚度Table 3 Thickness of coarse crystalline layer of 6005A alloy extruded bar

由表3可知，未均勻化處理的擠壓棒材固溶處理后粗晶層的厚度為1.5 mm；均勻化處理的擠壓棒材固溶處理后均出現(xiàn)粗晶層厚度增加現(xiàn)象，且隨著均勻化處理溫度的增加，粗晶層的厚度不斷增加，570 ℃×9 h均勻化處理擠壓棒材粗晶層厚度最大，達到8.6 mm。

未均勻化退火處理的擠壓棒材粗晶層厚較小，這是因為在鑄態(tài)6061鋁合金內部晶界處彌散分布大量MnAl6、CrAl7、Mg2Si等化合物，能夠起到釘扎晶界的作用，抑制再結晶[10]。并且這些化合物的存在能夠增加擠壓抗力，減小鋁合金的變形量，也有利于控制粗晶層厚度。高溫均勻化處理后，具有釘扎晶界作用的這些化合物幾乎全部溶解入鋁合金基體中，從而導致擠壓棒材粗晶層厚度增加。

3 結論

6005A鋁合金采用570 ℃×9 h均勻化退火處理，可得到充分均勻化的合金組織。均勻化處理對6005A鋁合金鑄錠的硬度和電導率有很大影響，為了得到不同的硬度和電導率，宜采用不同的均勻化處理制度。未均勻化退火處理的擠壓棒材粗晶層厚度較?。浑S著均勻化溫度升高，擠壓棒材的粗晶層厚度增加。