6082鋁合金鑄錠均勻化工藝及過燒組織研究

王麗萍，曲鳳嬌，王 操，苗承義

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

6xxx系鋁合金是以鎂和硅為主要合金元素并以Mg2Si相為強(qiáng)化相的鋁合金，屬于熱處理可強(qiáng)化鋁合金，該系合金具有中等強(qiáng)度，耐腐蝕性高，無應(yīng)力腐蝕破裂傾向，焊接性能良好，焊接區(qū)腐蝕性能不變，成型性和工藝性能良好等優(yōu)點(diǎn)[1]。6xxx鋁合金在建筑、車輛、軌道交通、船舶等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

鑄錠均勻化是把化學(xué)成分復(fù)雜、快速非平衡結(jié)晶和塑性不好的鑄錠加熱到接近熔點(diǎn)的溫度保溫，使合金原子充分?jǐn)U散，以消除化學(xué)成分和組織上的不均勻性，提高鑄錠的塑性變形能力。均勻化溫度提高，可提高原子擴(kuò)散能力，使第二相充分溶解，但溫度達(dá)到低熔點(diǎn)共晶相的共晶溫度后，這些共晶相會(huì)產(chǎn)生復(fù)熔現(xiàn)象，會(huì)影響材料性能，這一復(fù)熔現(xiàn)象為過燒。均勻化過程中在保證鑄錠性能的前提下，必須控制溫度避免過燒現(xiàn)象發(fā)生。鋁合金過燒，使其強(qiáng)度及延伸率(塑性)迅速降低，為使用安全起見，過燒零件應(yīng)作報(bào)廢處理[2]。

組織過燒會(huì)嚴(yán)重影響合金性能，是一種不允許產(chǎn)生的顯微組織缺陷[3]。本實(shí)驗(yàn)在顯微鏡金相觀察的基礎(chǔ)上，結(jié)合力學(xué)性能測試與差熱分析方法來研究鑄錠均勻化過程，分析過燒的溫度、形貌及對(duì)材料性能的影響。差熱分析方法是在程序控制溫度下，測量處于同一條件下樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品(參照物)的溫度差與溫度或時(shí)間的關(guān)系的一種技術(shù)[4]。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用6082鋁合金鑄錠，化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Si 1.121，Mg 1.062，F(xiàn)e 0.200，Cu 0.086，Mn0.689，Cr 0.196，Ti 0.068，Al 96.530；其原始金相組織見圖1。

圖1 試樣原始組織Fig.1 Original tissue of the sample

1.2 試驗(yàn)方法

(1)均勻化。1#～4#樣品為原始狀態(tài)，5#～8#樣品和A試樣均火溫度為560℃，9#～12#樣品和B試樣均火溫度為580℃，13#～16#樣品和C試樣均火溫度為595℃，17#～20#樣品和D試樣均火溫度為610℃；保溫時(shí)間均為2h；5#～20#樣品保溫后自然冷卻，A～D試樣保溫后室溫水冷。

(2)力學(xué)性能。對(duì)1#-20#號(hào)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測試其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后延伸率。

(3)組織分析。A～D試樣磨拋處理，選用混合酸HF∶HCl∶HNO3∶H2O=2∶3∶5∶190溶液腐蝕，在顯微鏡下觀察金相組織。

(4)差熱分析。將試樣加工成2mm×2mm×2mm尺寸，放入差熱分析儀中，由室溫加熱至850℃，使用軟件繪制出DTA曲線進(jìn)行差熱分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能

經(jīng)不同熱處理后試樣力學(xué)性能如表1所示。結(jié)果顯示，與原始狀態(tài)相比，固溶溫度為560℃和580℃時(shí)屈服強(qiáng)度減小，抗拉強(qiáng)度增大，延伸率增大；595℃時(shí)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度接近原始狀態(tài)，而延伸率大幅度減小；610℃時(shí)3個(gè)參數(shù)都減小。研究表明，固溶溫度為560℃和580℃，塑性和強(qiáng)度得到優(yōu)化；當(dāng)固溶溫度達(dá)到595℃或繼續(xù)升高時(shí)，力學(xué)性能受到影響，塑性和強(qiáng)度都降低，尤其延伸率急劇降低。

2.2 金相組織分析

金相試樣A、B、C、D在顯微鏡下觀察到的組織形態(tài)如圖2所示。合金組織過燒的形成是由于熱處理加熱溫度達(dá)到或超過合金中低熔點(diǎn)共晶相的熔化溫度，使低熔點(diǎn)共晶物或晶界發(fā)生復(fù)熔出現(xiàn)液相或氧化。結(jié)果顯示，試樣A、B組織分布均勻，與原始組織相比，第二相充分固溶，未見枝晶網(wǎng)及鑄造共晶組織；試樣C組織中第二相富集在晶界上，且出現(xiàn)晶界局部復(fù)熔加寬，可觀察到復(fù)熔共晶球；試樣D組織中晶粒增大，晶界明顯加寬，在3個(gè)晶粒交叉處存在復(fù)熔三角形。研究表明，固溶溫度達(dá)到595℃時(shí)，試樣過燒，達(dá)到610℃后已嚴(yán)重過燒。得出結(jié)論，樣品的過燒溫度在580℃與595℃之間。

表1 試樣力學(xué)性能

(a)試樣A；(b) 試樣B；(c) 試樣C；(d) 試樣D圖2 試樣均火后的金相組織Fig.2 Metallographic structure of samples after homogenization

2.3 差熱分析

差熱分析結(jié)果如圖3所示。差熱分析是較為準(zhǔn)確的測定過燒溫度方法，其原理是根據(jù)合金中某種第二相 發(fā)生熔化時(shí)，必然有吸熱效應(yīng)[5]。由圖3可知，試樣被連續(xù)加熱，在溫差曲線上出現(xiàn)首個(gè)吸熱峰，即表征合金中某種第二相發(fā)生復(fù)熔現(xiàn)象。Te溫度處某種第二相開始融化，升溫到Tm時(shí)該第二相已經(jīng)完全融化。若在Te溫度持續(xù)保溫一段時(shí)間，第二相同樣會(huì)完全融化，由此可知Te為試樣的過燒溫度。Te溫度為587℃，此數(shù)值在580℃與595℃之間，可判定實(shí)驗(yàn)用6082鋁合金過燒溫度為587℃。

圖3 試樣差熱分析曲線Fig.3 Differential heat analysis curve of sample

3 結(jié)論

(1)試驗(yàn)用6082鋁合金鑄錠過燒溫度為587℃；

(2)均火溫度在560℃與580℃之間，第二相充分固溶，力學(xué)性能得到提高；

(3)試樣過燒后，內(nèi)部晶粒長大，力學(xué)性能降低。