均勻化制度對6008鋁合金鑄錠組織和性能的影響

孟祥軍， 韓 琢， 王 爽， 張旭東， 賈占濤， 韓啟強

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

6xxx系鋁合金具有很好的熱塑性和較高的強度，優良的抗蝕性、焊接性和低密度等優點，可以高速擠壓斷面較復雜的型材，廣泛應用于汽車車身、高速列車和城市輕軌等領域[1-3]。Al-Mg-Si系合金鑄錠為非平衡凝固，成分分布不均勻，會產生大量的枝晶和晶內偏析，使合金塑性顯著下降。合金元素在高溫加熱過程中會趨于分布均勻，在基體中的固溶度提高，消除枝晶。6008合金被歐洲鋁業協會確定為“車體型材合金”，具有良好的塑性及優良的擠壓加工性能，可高速擠壓成結構復雜、薄壁并中空的各種型材[4]。目前，對6008鋁合金的研究報道較少，特別是對其鑄錠均勻化處理方向的研究。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用6008鋁合金鑄錠采用半連續鑄造方法制備，其實測化學成分(質量分數，%)為，Si 0.57，Fe 010，Cu 0.10，Mn 0.07，Mg 0.66，Cr 0.01，Zn 0.02，Ti 0.02，V 0.12，Al余量。選取鑄錠的相同位置取試樣若干，在SX2-12-10G型箱式電阻爐內進行均勻化處理，均勻化制度如表1所示。

1.2 試驗方法

采用ZEISS AXIO型金相顯微鏡對樣品組織形態進行觀察；采用SSX-550型掃描電鏡對鑄錠斷口形貌進行觀察；采用AG-X 100KN電子萬能試驗機進行常溫力學性能拉伸試驗；采用SMP-10渦流電導儀，在22℃溫度下進行電導率檢測。

表1 均勻化處理制度

2 試驗結果及分析

2.1 微觀組織

金相顯微鏡觀察到的不同保溫時間下鑄錠的組織情況如圖1所示。從圖1(a) (b)可以看出，經均勻化處理后，合金鑄態組織中存在明顯枝晶偏析，枝晶網胞間分布著非平衡共晶，隨著保溫時間的延長，有部分非平衡相回溶到基體中，但基體內的枝晶還有部分存在，說明均勻化過程未完成；由圖1(c)(d)可以看出，隨著保溫時間增加，枝晶偏析明顯減少，晶內組織變得相對均勻。由此可以看出，在560℃加熱條件下，隨著保溫時間的延長，鑄態非平衡共晶組織會回溶到基體中，枝晶組織在560℃×(8h～10h)時基本消除，因此在實際生產中，為節省能耗和提高生產效率采用560℃×8h風冷的均質工藝進行批產。

(a)560℃×4h; (b) 560℃×6h; (c) 560℃×8h; (d) 560℃×10h圖1 鑄錠顯微結構對比Fig. 1 Microstructure comparison of ingot

2.2 斷口分析

對不同保溫時間的鑄錠樣品進行斷口形貌觀察，具體情況如圖2所示。從圖2可以觀察到560℃×4h鑄錠斷口邊部有大量的解理平臺，在局部位置有少量尺寸較大的韌窩，且韌窩較淺，說明韌性較差；隨著保溫時間延長，均勻化程度提升，當均勻制度為560℃×8h時，可觀察到韌窩數量明顯增加，且韌窩較深，尺寸相對更加均勻，說明材質有很好的韌性。因此，從斷口形貌可以看出，隨著均勻化保溫時間的延長，組織會變得均勻，偏析的組織溶入到基體中，導致材料的塑韌性提升。

(a)560℃×4h; (b) 560℃×6h; (c) 560℃×8h; (d) 560℃×10h圖2 鑄錠斷口形貌對比Fig.2 Comparison of fracture morphology of ingot casting

2.3 力學性能

均質過程中，不同保溫時間的鑄錠力學性能如圖3所示。由圖3可以看出，隨著均勻化保溫時間的延長，鑄錠力學性能呈上升趨勢，塑韌性和強度均有所提高，這是因為隨著均勻化過程的進行，合金元素通過擴散在基體中趨于分布均勻，固溶度提高，同時針狀或片狀β-AlFeSi相向圓顆粒狀的α-AlFeSi相轉變，促使材料韌性提升[5-7]。

2.4 電導率

不同保溫時間的鑄錠電導率如圖4所示。從圖4可以看出，隨著保溫時間延長，合金的電導率呈上升趨勢，導電性能逐漸加強，均勻化8h后趨于穩定。這是因為在均勻化過程中，鑄造應力引起的晶格畸變逐漸消失，晶內的合金元素偏析逐漸減小，晶界處的共晶相逐漸溶解，減弱了基體點陣的畸變程度，使基體點陣中電子散射源的密度減小，導電電子的平均自由程度增大[8]，從而合金的導電率增大。隨著均勻化時間的延長，合金中鑄造應力逐漸消失，合金元素的濃度差逐漸變小，基體中空位的濃度也逐漸減小并趨向平衡，從而導電率趨于穩定。

圖3 不同保溫時間鑄錠力學性能Fig.3 Mechanical properties of ingots with different homogenization time

圖4 不同保溫時間對鑄錠電導率的影響Fig.4 Conductivity of ingots with different homogenization time

3 結論

(1)隨著均勻化時間的延長，基體內部晶格畸變程度逐漸減小，電子平均自由程加大，利于電子散射，電導率增加，560℃×8h均勻化下的電導率可達到48.92% IACS；

(2)均勻化制度為560℃×8h時，屈服強度可達到51MPa，抗拉強度可達到142MPa，斷后伸長率A為32%。

(3)從節省能耗和提高生產效率考慮采用560℃×8h風冷的均質工藝進行批產。