合金元素對(duì)3104鋁合金組織和力學(xué)性能的影響

陳鐵　王恩澤　閆羽　張景智　秦泗剛

【摘 要】文章研究了合金元素對(duì)3104鋁合金組織和力學(xué)性能的影響。3104鋁合金中包含MnAl6相、（FeMn）Al6相和Mg2Si相等。隨著Mg含量的增加，合金的塑性降低。隨著Mn含量的增加，合金強(qiáng)化作用明顯，但塑性亦隨之降低。Fe/Si比值對(duì)合金強(qiáng)度和塑性洋浦顯著影響，不能忽視。

【關(guān)鍵詞】3104鋁合金；合金元素；微觀組織；力學(xué)性能

【中圖分類號(hào)】TG146.21 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）09-0071-02

3104鋁合金是Al-Mn-Mg系不可熱處理強(qiáng)化鋁合金，具有密度小、強(qiáng)度高、抗蝕性好、易深沖成形等特點(diǎn)，是生產(chǎn)易拉罐等防腐性能要求比較高的產(chǎn)品的主要材料。Mn、Mg、Si、Fe等主要合金元素成分配比，對(duì)材料的微觀組織及力學(xué)性能影響較大。本文研究在一定的熔煉條件下（熔煉溫度、保溫時(shí)間、攪拌條件），配制不同分?jǐn)?shù)的Mn、Mg、Si、Fe成分3104鋁合金鑄錠，對(duì)鑄錠均勻化處理后進(jìn)行熱軋、冷軋成型，并對(duì)冷軋態(tài)板材進(jìn)行退火處理。通過對(duì)比分析Mn、Mg、Si、Fe等合金元素成分配比對(duì)3104鋁合金微觀組織及力學(xué)性能的影響，為3104鋁合金生產(chǎn)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方案

在鑄造溫度為740 ℃，冷卻水壓為0.04 MPa條件下，配制5組不同化學(xué)成分配比的鋁合金鑄錠。經(jīng)過熱軋、冷軋成型制成板材。在加熱溫度分別為590 ℃、600 ℃、610 ℃、620 ℃、630 ℃，保溫時(shí)間為12 h條件下進(jìn)行均勻化退火處理。3104鋁合金化學(xué)成分配比見表1。

2 3104鋁合金均勻化退火的微觀組織

3104鋁合金包含MnAl6相、（FeMn）Al6相和（Al、Fe、Mn、Si）四元相及Mg2Si相等。析出相不均勻，隨均勻化溫度升高，晶界和晶粒中心析出少，析出相長大，密度減小，晶粒內(nèi)部的偏析逐步減少。在加熱590 ℃均勻化處理后，明顯減少了塊狀物。在加熱620 ℃后出現(xiàn)熔球，有過燒現(xiàn)象。在加熱630 ℃以后，過燒較嚴(yán)重。熱軋前退火溫度過高會(huì)造成元素析出物粗大，應(yīng)選擇較低的均勻化退火溫度。3104鋁合金均勻化退火的微觀組織如圖1所示。

3 合金元素對(duì)3104鋁合金組織和性能的影響

在590 ℃加熱、保溫12 h條件下均勻化退火處理，測(cè)量3104鋁合金力學(xué)性能，見表2。

3.1 Mg對(duì)合金組織和性能的影響

在3104鋁合金中Mg與Si作用形成Mg2Si強(qiáng)化相，當(dāng)Mg、Si質(zhì)量比大于1.71時(shí)，出現(xiàn)多余的Mg，降低了Mg2Si的溶解度，強(qiáng)化相析出粗化。過剩的Mg與Al形成Al8Mg5化合物，如果呈彌散狀態(tài)分布于晶內(nèi)和晶界，合金抗蝕性能明顯提高。鑄錠中存在少量Mg2Si相時(shí)，抵抗變形能力降低。在Mg2Si大量熔解時(shí)，提高鋁合金的強(qiáng)度，增加其抵抗變形的能力。當(dāng)Mg含量繼續(xù)增加，其含量對(duì)抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的影響并不明顯，強(qiáng)度反而有所下降。隨著Mg含量的增加，鋁合金的塑性顯著減小。

3.2 Mn對(duì)合金組織與性能的影響

從表2看出，隨著Mn含量的增加，強(qiáng)化效果顯著，延伸率呈下降趨勢(shì)。隨著Mn含量增加強(qiáng)度降低，是由于Fe和Si比例較大，溶入基體中產(chǎn)生大量塊狀（FeMn）A16形成的。另外，Mn可能造成合金具有較大的過冷，產(chǎn)生偏析現(xiàn)象。均勻化退火后Mn在晶相偏聚，在基體第二相晶界附近出現(xiàn)白色亮點(diǎn)。Mn含量在1.05%左右時(shí)鋁合金容易造成加工硬化。

3.3 Si對(duì)合金組織和性能的影響

Si在鋁合金中不易溶解，溶解于鋁合金中的少量Si，粗大化了鋁合金晶界，降低了材料的耐腐蝕性。Mg2Si化合物在鋁合金中的溶解能力隨溫度的降低而減小。

3.4 Fe/Si對(duì)合金組織與性能的影響

雜質(zhì)Fe和Si常溫下很難固溶，鐵鋁合金基體中形成（FeMn）A16相。Si、Mn、Al產(chǎn)生三元相，溶入Fe形成四元相。Fe/Si加速M(fèi)n熱變形時(shí)在基體中的分解，增加鋁合金的性能。均勻化處理后鋁合金微觀組織出現(xiàn)粗大針狀和塊狀。如果Fe、Mn含量高，在軋制過程中發(fā)生破碎棱角尖銳。Si的存在會(huì)形成粗大的片狀A(yù)l（FeMnSi）相，對(duì)合金造成不良影響。由表2可知，F(xiàn)e/Si值處于1.73左右時(shí)，顯著降低鋁合金材料的強(qiáng)度，塑性得到提高。由此，必須合理控制Fe/Si比值和Fe、Si含量。

4 結(jié)語

3104鋁合金中Mg與Si作用形成Mg2Si和Al8Mg5相及復(fù)雜的三元相和四元相。當(dāng)Mg、Si元素質(zhì)量百分比比值大于4.8時(shí)，容易產(chǎn)生粗大的Mg2Si相。Mg含量增加，材料的塑性越低，Mg含量控制在1.19%左右。

Mn主要形成MnAl6、（FeMn）Al6化合物，（Al，Mn，Si）三元相及（Al，F(xiàn)e，Mn，Si）四元相。MnAl6容易析出，隨著Mn含量的增加，鋁合金強(qiáng)化明顯，但塑性降低，Mn含量控制在0.93%左右。

Fe/Si對(duì)3104鋁合金的組織和性能有著明顯的影響。Fe/Si越大，材料第二相化合物的含量越高，塑性越低，F(xiàn)e/Si應(yīng)控制在1.69左右。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]黃玉鳳.合金元素對(duì)鋁合金鑄件組織和性能的影響[J].有色金屬，2010，62（2）：17-19.

[2]朱彤，吳建軍，靳力，等.熱處理工藝對(duì)新淬火態(tài)硬鋁合金薄板組織性能的影響[J].航空學(xué)報(bào)，2012，33（4）：

763-770.

[3]孫東立，姜石峰.均勻化處理對(duì)3004鋁合金顯微組織的影響[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)，1999（3）：556-561.

[4]盧敬華.均勻化溫度、熱軋道次對(duì)3104制罐板化合物形貌的影響[J].鋁加工，2003（6）：25-28.

[5]佟長清.3004合金鑄錠錳偏析及均勻化處理[J].輕合金加工技術(shù)，1997（1）：33-38.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]