6005A鋁合金鑄棒均勻化熱處理工藝研究

王 琪

（龍口市叢林鋁材有限公司，龍口265705）

0 前言

6005A合金屬于熱處理可強化鋁合金，具有良好的焊接性能、耐腐蝕性以及較好的加工特性等特點，被廣泛應用于軌道交通領域[1]。

均勻化熱處理是鋁合金材料擠壓前的一道關鍵流程，它對后期的擠壓工藝、熱處理工藝及型材的機械性能都有非常大的影響。在實際生產中由于鑄錠均勻化處理工藝不合理，會導致擠壓型材的強度偏低，并嚴重影響制品的表面質量[2-3]。本文結合實際生產情況，對6005A合金鑄棒的均勻化熱處理工藝進行研究。結果表明，通過采用空冷+強風冷+水冷的三級冷卻以及延長第二級均勻化時間的新工藝，可增強鑄棒的均勻化熱處理效果。

1 原均勻化熱處理工藝基本情況

選取直徑為510 mm 的鑄棒以現行均勻化制度進行處理，分析評價其均勻化效果。結果發現鑄棒的非平衡相溶解、枝晶網絡消除和元素分布均勻性都達到了較高的水平，但AlFeSi相的轉變程度等方面仍然處在初級水平。也就是說，現行均勻化制度只滿足了均勻化處理的基本要求，對均勻化處理的高級要求則有待進一步提高[4]。

原工藝下的均勻化效果如表1所示。

表1 原工藝下的均勻化效果

2 均勻化工藝優化及其結果分析

2.1 優化方案

在原均勻化工藝的基礎上進行如下優化：在210 min 內升溫至580 ℃，保溫220 min，然后在9 min 內快速降溫至540 ℃，保溫150 min，再于40 min 內升溫至575℃，保溫340 min。冷卻制度為：出爐自然冷卻20 min，后入爐強風冷卻150 min，再調水壓至0.05～0.1 MPa水冷75 min。

2.2 實驗結果及分析

2.2.1 非平衡相溶解

圖1可知，原工藝和新工藝下的組織中均還有白色條狀的第二相殘存，但呈樹枝狀、魚骨狀等形狀的非平衡共晶相已基本不可見，表明這兩種工藝都可以使510 mm鑄棒達到非平衡相溶解完全的指標。

2.2.2 枝晶網絡消除

由于鑄造冷卻的原因，鑄棒都會出現樹枝晶組織，而均勻化處理就是要消除這種組織。如圖2所示，原工藝下組織中仍出現較為輕微的枝晶形態（箭頭處），而新工藝下晶粒輪廓分明，晶界平直，枝晶組織基本完全消失，達到均勻化處理要求。

圖2 兩種工藝下枝晶網絡消溶情況

2.2.3 元素分布

由于鑄造冷卻強度大，元素來不及擴散均勻便凝固了，導致元素偏析嚴重。經均勻化處理后，兩種均勻化工藝下晶內元素的分布趨于均勻，如圖3所示。

圖3 兩種工藝下元素分布情況

2.2.4 AlFeSi相轉變

對AlFeSi相進行均勻化處理的最終理想效果是使細長、針狀β（AlFeSi）相盡可能多的轉變為塊狀或球狀α（AlFeSi）相。因為β（AlFeSi）相熔點高，質硬而脆，在隨后的擠壓過程中不易因變形而破碎，在應力作用下易引起應力集中，對疲勞性能、折彎性能不利；而α（AlFeSi）相雖熔點高，但相對易變形，對材料整體性能的危害相對較小[5]。

由于β（AlFeSi）相的Fe/Si約為1，而α（AlFeSi）相的Fe/Si比約為2，該比值越接近2，β（AlFeSi）相轉化越徹底。因此常將Fe（Mn）/Si 用作AlFeSi 相轉變程度大小的一種側面反映。

圖4 兩種工藝下AlFeSi相的轉變情況

大量統計計算表明，新工藝下Fe（Mn）/Si 比絕大多數處在1.5～2 之間，普遍高于原工藝下的Fe(Mn）/Si比值。由此可以說明，新工藝更有利于促進AlFeSi相的轉變，更有利于型材優良疲勞性能和彎曲性能的發揮[6]。

3 結論

（1）新工藝與原工藝在非平衡相溶解、元素分布均勻性這兩項均勻化指標上所達到的效果基本相當，且滿足指標要求。

（2）新工藝下，鑄棒中心部位的枝晶網絡消除更為徹底，而原工藝下仍有輕微殘留，新工藝較原工藝對枝晶網絡的消除效果更好。

（3）確定6005A 合金鑄棒新的均勻化工藝為：210 min 升 溫 至580 ℃×220 min + 9 min 降 溫 至540 ℃×150 min+40 min 升溫至575 ℃×340 min；冷卻制度為：出爐自然冷卻20 min，后入爐強風冷卻150 min，再調水壓至0.05～0.1 MPa水冷75 min。