均勻化制度對(duì)6060鋁合金鑄錠性能的影響

何 金，陳奎剛，石 嬌，王義斌，高 彤，崔家銘

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧遼陽(yáng) 111003)

6xxx系合金的強(qiáng)度與合金中Mg2Si強(qiáng)化相的數(shù)量密切相關(guān)。6060鋁合金中Mg2Si含量居中，具有中等強(qiáng)度，在擠壓成形過(guò)程中對(duì)模具損傷小，可節(jié)省模具維修成本，同時(shí)還具有焊接性好、抗腐蝕性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于船舶、航空航天和高強(qiáng)度建筑等領(lǐng)域[1-2]。6060鋁合金均勻化處理的目的是使鑄錠內(nèi)部各處成分、組織更加均勻一致，消除急速冷卻時(shí)形成的鑄造應(yīng)力，避免擠壓過(guò)程中突破壓力太大或形成擠壓裂紋，提高合金的加工性能[3-5]。6060鋁合金鑄錠的均勻化處理對(duì)型材最終的組織和性能也有很大的影響，本文研究了不同均勻化制度下鑄錠內(nèi)部的組織變化，確定6060鋁合金鑄錠最佳均勻化溫度，并分析了不同均勻化時(shí)間對(duì)合金硬度和電導(dǎo)率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)用6060鋁合金鑄錠采用半連續(xù)鑄鑄造方法生產(chǎn)，直徑為174 mm，鑄錠化學(xué)成分見(jiàn)表1，均勻化制度見(jiàn)表2，均勻化處理后采用水冷處理。

表1 6060鋁合金鑄錠各元素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Element contents of 6060 aluminum alloy ingot (mass fraction，%)

表2 均勻化制度Table 2 Homogenization treatment

采用蔡司AXI0 光學(xué)顯微鏡觀察合金鑄錠顯微組織；采用SMP10型渦流電導(dǎo)率測(cè)試儀進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)量；采用FV-810維氏硬度儀(加載砝碼為2 kg)進(jìn)行顯微硬度測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 均勻化制度對(duì)顯微組織的影響

在不同均勻化制度下6060鋁合金鑄錠的顯微組織如圖l所示?？梢钥闯?，合金鑄錠經(jīng)均勻化處理后，內(nèi)部組織發(fā)生了明顯的變化，鑄態(tài)合金中網(wǎng)狀的枝晶網(wǎng)幾乎全部斷裂，轉(zhuǎn)變成鏈狀，枝晶組織基本消除，同時(shí)偏聚在晶界和晶內(nèi)的可溶相回溶到鋁合金基體中。隨著均勻化溫度的升高，均勻化程度越大，560 ℃×8 h均勻化處理后，合金鑄錠均勻化已充分完成，如圖1(e)所示。有研究發(fā)現(xiàn)，鋁合金在充分均勻化處理后，合金內(nèi)部的針狀、片狀的β-AlFeSi相發(fā)生轉(zhuǎn)變，變成球狀的α-AlFeSi相，利于合金后續(xù)的擠壓變形。經(jīng)過(guò)DTA分析可知，6060鋁合金的過(guò)燒溫度為588.7 ℃。580 ℃均勻化處理時(shí)，組織中晶界變粗，說(shuō)明已經(jīng)出現(xiàn)輕微過(guò)燒現(xiàn)象，如圖1(f)所示。因此，6060鋁合金的最佳均勻化溫度為560 ℃。

(a) 鑄態(tài)；(b) 470 ℃×8 h；(c) 500 ℃×8 h；(d) 530 ℃×8 h；(e) 560 ℃×8 h；(f) 580 ℃×8 h圖1 不同均勻化制度下合金鑄錠的顯微組織Fig.1 Microstructure of alloy ingots in different homogenization processes

2.2 均勻化時(shí)間對(duì)硬度的影響

在560 ℃均勻化溫度下，對(duì)6060鋁合金鑄錠進(jìn)行不同時(shí)間的均勻化處理，均勻化時(shí)間分別為2、4、6、8、10、12、14和16 h。對(duì)不同均勻化處理的合金鑄錠進(jìn)行硬度測(cè)定，硬度變化曲線如圖2所示。由圖2可知，隨著均勻化時(shí)間的延長(zhǎng)，合金硬度迅速下降，560 ℃×8 h均勻化處理后合金的硬度最?。焕^續(xù)延長(zhǎng)均勻化時(shí)間至10～16 h，合金硬度趨于平穩(wěn)。

鑄態(tài)6060鋁合金硬度比較高的原因：一是合金在鑄造過(guò)程中由于快速冷卻作用，導(dǎo)致合金元素來(lái)不及充分?jǐn)U散，組織內(nèi)部存在成分偏析，形成內(nèi)應(yīng)力；二是合金內(nèi)存在Mg2Si強(qiáng)化相粒子[6-7]。均勻化處理后，隨著均勻化時(shí)間的延長(zhǎng)，合金元素進(jìn)行充分?jǐn)U散，均勻化處理8 h后組織和成分達(dá)到均勻一致，且強(qiáng)化相Mg2Si粒子幾乎全部溶入基體中，合金的硬度達(dá)到最低值。均勻化時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，成分的均勻性和強(qiáng)化相的回溶度幾乎不再發(fā)生變化，從而硬度基本保持不變。

圖2 均勻化時(shí)間對(duì)6060鋁合金鑄錠硬度的影響Fig.2 Effect of homogenization time on hardness of 6060 aluminum alloy ingot

2.3 均勻化時(shí)間對(duì)電導(dǎo)率的影響

在560 ℃均勻化溫度下，對(duì)不同均勻化處理時(shí)間的合金鑄錠進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定，電導(dǎo)率變化曲線如圖3所示。由圖3可知，隨著均勻化時(shí)間的延長(zhǎng)，合金的電導(dǎo)率迅速升高，560 ℃×8 h均勻化處理后電導(dǎo)率達(dá)到最高值；繼續(xù)延長(zhǎng)均勻化時(shí)間至10～16 h，電導(dǎo)率出現(xiàn)輕微下降，但變化不大。

圖3 均勻化時(shí)間對(duì)6060鋁合金鑄錠電導(dǎo)率的影響Fig.3 Effect of homogenization time on conductivity of 6060 aluminum alloy ingot

鑄態(tài)合金的電導(dǎo)率比較低，這是因?yàn)殍T態(tài)合金內(nèi)存在成分偏析和組織偏析，形成鑄造應(yīng)力[8]，從而導(dǎo)致鋁合金內(nèi)部存在嚴(yán)重的晶格畸變，阻礙電子的運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，鑄態(tài)合金內(nèi)部存在強(qiáng)化相Mg2Si粒子和過(guò)剩Si等粒子，對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)也產(chǎn)生阻礙作用。均勻化處理后，6060鋁合金鑄錠內(nèi)部各元素經(jīng)過(guò)充分?jǐn)U散后，達(dá)到成分和組織均勻，消除了合金內(nèi)部的鑄造應(yīng)力。同時(shí)，合金內(nèi)部可溶相經(jīng)過(guò)均勻化處理后充分回溶到鋁合金基體內(nèi)部。均勻化處理8 h后，鑄造應(yīng)力幾乎全部消失，可溶相已全部回溶到基體中，因此，合金鑄錠的電導(dǎo)率達(dá)到最大值。繼續(xù)延長(zhǎng)均勻化時(shí)間，鑄造應(yīng)力和可溶相的回溶度幾乎不再發(fā)生變化，合金的電導(dǎo)率也基本不變。

3 結(jié)論

1) 隨著均勻化退火溫度的升高，鑄錠內(nèi)部組織中可溶相幾乎全部回溶，枝晶網(wǎng)斷裂。但在580 ℃均勻化處理后，鑄錠內(nèi)部出現(xiàn)晶界粗化，發(fā)生過(guò)燒。6060鋁合金鑄錠的最佳均勻化溫度為560 ℃。

2) 在560 ℃溫度下對(duì)6060鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，隨著均勻化時(shí)間的延長(zhǎng)，合金硬度先迅速下降后趨于平穩(wěn)，8 h時(shí)達(dá)到最低值；合金電導(dǎo)率先迅速升高后趨于平穩(wěn)，8 h時(shí)達(dá)到最大值。