均勻化處理溫度對6014鋁合金組織和性能的影響

隨著全球能源危機、碳排放等諸多問題日益嚴重，輕量化已然成為了汽車工業(yè)重要的發(fā)展方向，而全鋁化車身是汽車減重以滿足節(jié)能減排目標的重要途徑。鋼的密度大約是鋁的3倍，通常加工制造汽車零部件采用鋁合金能夠?qū)崿F(xiàn)汽車的降低自重、節(jié)約能耗及安全環(huán)保

。6000系鋁合金是典型的可熱處理強化鋁合金，不僅強度高、耐腐蝕性好、成形性優(yōu)異、沖壓后表面光滑細膩，而且還可借助車身的涂裝烤漆實現(xiàn)烘烤硬化，能夠更好的滿足汽車車身覆蓋件抗凹陷指標的要求，所以目前6000系鋁合金已成為輕質(zhì)汽車車身用鋁合金板材的主流材料

。

6014鋁合金屬于新型鋁合金合金材料，相比傳統(tǒng)的6016鋁合金，具有更低的Si含量，這使得6014鋁合金具有更突出的組織穩(wěn)定性和抗腐蝕性

。采用半連續(xù)鑄造生產(chǎn)6014鋁合金扁錠時，由于成分過冷和快速凝固，Si、Fe、Cu等元素容易在晶粒內(nèi)部和晶界位置出現(xiàn)分布不均勻現(xiàn)象，導致偏析的產(chǎn)生。合理的均勻化處理工藝能夠降低鑄態(tài)合金組織的偏析、利于第二相更好地分布，從而實現(xiàn)提高力學性能的目的。均勻化處理是汽車車身用6014鋁合金板材的生產(chǎn)的重要工序之一

。根據(jù)已發(fā)表的文獻，當前關于6014鋁合金，尤其是該系合金的均勻化處理方面的相關研究報道還較少，因此本文結合生產(chǎn)實際情況，以6014鋁合金為研究對象，針對不同均勻化處理溫度對6014鋁合金組織和性能的影響進行系統(tǒng)研究，為6014合金工業(yè)化生產(chǎn)中的均勻化處理工藝制定一定的理論參考。

1 試驗材料及方法

試驗采用半連續(xù)水冷鑄造方法（DC法）制備6014鋁合金尺寸為扁錠，合金成分如表1所示。按照工藝規(guī)范要求將鑄錠鋸切頭尾并銑面以后，鋸取30mm×30mm×50mm的試樣，采用空氣循環(huán)爐對樣品進行520℃、540℃、560℃、580℃四個不同溫度，保溫時間為8h的均勻化熱處理，隨爐放置測溫儀器對料溫進行監(jiān)控,保溫結束后采用水冷冷卻。

陸游《游臥龍寺》一詩描述他追隨夔州的峒民“曉發(fā)魚復走瞿唐”，游觀當?shù)厝苏J為最宏大的臥龍寺，結果卻令他十分失望：“過江走馬十五里，小寺殘僧真蕞爾。投鞭入門一為笑，僻陋稱雄有如此。”之所以覺得其寒酸簡陋，是因為陸游見過家鄉(xiāng)所在的吳越地區(qū)更為壯觀的寺廟：“君不見天童、徑山金碧浮虛空，千衲梵唄層云中”。故鄉(xiāng)佛教建筑的雄偉，標志著吳越地區(qū)經(jīng)濟、宗教的發(fā)達，而夔州，僅從一個小寺廟就可見其各方面的貧窮落后。

不同均勻化溫度處理的合金的金相試樣經(jīng)打磨、拋光后，使用掃描電鏡觀察其顯微組織。使用能譜分析儀對其合金相做能譜分析；采用數(shù)字金屬電導率測量儀測試樣電導率；使用HW187.5型布洛維硬度計進行硬度測試。

2 實驗結果及分析

2.1 均勻化處理溫度對鑄錠微觀組織的影響

鋁合金的電學性能與其均勻化程度和組織形態(tài)密切相關。文獻研究表明

，多組元合金的電導率與基體中固溶度變化直接相關：當溶質(zhì)原子從過飽和固溶體中析出時，固溶度會降低，導致合金電導率升高；但在這個過程中，過飽和固溶體中同時析出第二相，新相的產(chǎn)生讓原本的單相組織變?yōu)槎嘞嘟M織，這反而會使電導率降低。

圖2為經(jīng)不同溫度均勻化處理后的合金顯微組織。根據(jù)圖2可以得知，6014鑄錠試樣在均勻化處理溫度不斷升高的情況下，其晶界上的非平衡相逐漸減少，針狀β-Al

Fe

Si

相逐漸向顆粒狀α-Al

Fe

Si相發(fā)生轉(zhuǎn)變，晶內(nèi)黑色顆粒狀Mg

Si相逐漸回溶，減少了偏析缺陷。520℃均勻化處理后鑄造組織中的偏析依舊明顯，β-Al

Fe

Si

相轉(zhuǎn)變不明顯，晶內(nèi)Mg

Si相發(fā)生部分回溶。均勻化溫度升高到540℃時，試樣中偏析明顯減輕，針狀β-Al

Fe

Si

相明顯斷裂，轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀α-Al

Fe

Si相，晶內(nèi)和晶界處Mg

Si相發(fā)生明顯回溶。均勻化溫度繼續(xù)升高到560℃時，合金中偏析問題基本上得以消除，針狀β-Al

Fe

Si

相基本絕大多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀α-Al

Fe

Si相，晶界上的連續(xù)網(wǎng)狀結構明顯轉(zhuǎn)變?yōu)殒湢罱Y構。但當均勻化溫度達到580℃時，鑄錠晶粒有明顯長大傾向，并在晶界處形成了復熔物，合金發(fā)生了過燒。綜合分析四種不同均勻化處理溫度的顯微組織，6014鋁合金最佳均勻化處理溫度是560℃。

2.2 均勻化處理溫度對鑄錠電導率的影響

該合金的鑄錠微觀組織如圖1所示。由圖1（a）可以發(fā)現(xiàn)，該合金的鑄錠組織由固溶體、晶界和析出相組成，其中α-Al固溶體為樹枝狀，快速冷卻得到的析出相是非平衡相，主要分布于枝晶間和晶界。觀察合金中非平衡相形貌，非平衡相中一種圖1（b）中字母A位置的黑色顆粒狀析出物，一種為圖1（b）中字母B位置的灰白色長桿狀析出物，一種為伴隨長桿狀析出物存在的圖1（b）中字母C位置的黑色顆粒狀析出物，對這三種非平衡相進一步進行EDS能譜實驗，得到此處非平衡相的化學成分如表2所示。通過表2的實驗結果可以推斷，A和C位置的黑色顆粒狀析出相為Mg

Si相，C位置的灰白色長桿狀析出相為AlFeSi型結晶相。關于AlFeSi型結晶相，通常有β-Al

Fe

Si

和α-Al

Fe

Si兩種，它們的Fe/Si比依次是1.0和2.0

。通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，合金基體會被單斜晶系的長針狀β相割裂，變形時此處易成為應力集中源，使基體中的結晶相脫落，導致裂紋的產(chǎn)生，對鋁合金的力學性能、軋制成形性能和產(chǎn)品的表面質(zhì)量會產(chǎn)生不利的影響，而立方晶體結構的α相呈顆粒狀的，其更加致密，有利于改善合金性能

。β-Al

Fe

Si

相轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al

Fe

Si相的程度受化學成分、均勻化溫度及保溫時間的影響。

與析出第二相相比，固溶在基體中的溶質(zhì)原子產(chǎn)生的點陣畸變對電子的散射作用要強得多，因此對電導率的影響也更強。

朋友是個電影迷，卻從來只喜歡看外國電影。每周六晚，中央臺的“佳片有約”，他雷打不動地看了很多年。為此，他還培養(yǎng)出了女兒，從小一直跟他看電影，也成了一個電影迷。然而，這一兩年，他不看了，明明知道有好電影，明明自己也有閑時間，卻無論如何也提不起興趣。有時候，勉勉強強看半截，就呼呼地睡著了。過后，又捶胸頓足，直呼自己“老了，老了”。

2.3 均勻化溫度對合金硬度的影響

（1）本文中6014鋁合金鑄錠均勻化處理的最優(yōu)溫度為560℃。鑄錠經(jīng)過560℃×8h工藝均勻化熱處理后，合金硬度達到71.1HB，電導率為44.9%IACS;

3 結論

圖4為合金的布氏硬度隨均勻化處理溫度的變化曲線。隨著均勻化處理溫度的升高，合金的硬度表現(xiàn)為先升后降的變化特點，并在560℃達到最大值，71.1HB，當均勻化處理溫度繼續(xù)升高到580℃時，合金的硬度稍有降低。均勻化處理溫度升高，造成合金元素在基體中的固溶度不斷升高，Mg

Si相大量回溶到基體中，這樣會使得合金元素在基體固溶度增大，與此同時，在水冷凝固條件下，Mn元素會從過飽和固溶體中析出，形成細小彌散的Al(MnFe)Si相，產(chǎn)生彌散強化作用，這都會使合金的硬度升高。所以，均勻化處理溫度升高會使合金硬度增大，溫度達到560℃時，除了難溶AlFeSi型結晶相以外，大多數(shù)合金元素均回溶到基體中，硬度達到最大值。隨后繼續(xù)升至580℃時，合金硬度發(fā)生下降的轉(zhuǎn)變，這可能是由于此溫度下，晶粒粗化和過燒引起的。

圖3為經(jīng)不同溫度均勻化處理后的合金電導率變化曲線。鑄錠的電導率隨著均勻化處理溫度的升高，鑄錠的電導率呈下降趨勢。均勻化溫度的不斷升高，使得原本在枝晶上粗大的非平衡相溶于基體，導致基體的固溶度不斷增加，溶質(zhì)原子造成的點陣畸變對電子的散射作用逐漸增強，電導率呈下降趨勢。

（2）DC鑄造的6014鋁合金鑄態(tài)組織中有非平衡凝固造成的明顯偏析現(xiàn)象，主要由樹枝狀α-Al固溶體、晶界和枝晶間的非平衡析出相構成，非平衡相主要為晶內(nèi)和晶界分布的Mg

Si相，以及晶界分布的針狀AlFeSi型結晶相。

爸媽一驚，而我的心情已經(jīng)和眼里的淚水一樣洶涌澎湃：“看漫畫的人是我，不務正業(yè)畫畫的人也是我。你們應該來訓我才對吧！哦，我忘了，你們才沒有興趣來訓我呢！”

原始創(chuàng)新型人力資本的制度不完善，源于全社會對原始創(chuàng)新型人力資本的決定作用沒有完全清晰的共識，目前的勞動人事制度往往還是把原始創(chuàng)新型人力資本等同于一般人力資本，甚至是普通勞動力進行管理。延誤、抑制原始創(chuàng)新型人力資本的積極性、創(chuàng)造性，以至于埋沒原始創(chuàng)新潛力的現(xiàn)象還比較普遍。因此建設原始創(chuàng)新型人力資本制度，首先需要認識原始創(chuàng)新型人力資本在原始創(chuàng)新過程中的決定性作用：

（3）隨著均勻化處理溫度的升高，非平衡相逐漸溶解，溶入基體中，針狀β-Al

Fe

Si

相逐漸向顆粒狀α-Al

Fe

Si相發(fā)生轉(zhuǎn)變，晶內(nèi)和晶界黑色顆粒狀Mg

Si相逐漸回溶，偏析現(xiàn)象逐漸消除。

[1] 蔡建敏.車用6016鋁合金/DC01鋼電偶腐蝕行為及防護研究[D].廣東工業(yè)大學,2021.

[2] 李家奇,楊鋼,陳俊宇,吳凡,江佳陽,邱哲生,嚴繼康.汽車輕量化鋁合金研究進展[J].云南冶金,2020,49(05):68-75.

[3] 李光霽,劉新玲.汽車輕量化技術的研究現(xiàn)狀綜述[J].材料科學與工藝,2020,28(05):47-61.

[4] 徐從昌.熱處理和焊接對車用6系鋁合金組織性能及服役失效行為的影響[D].湖南大學,2020.

[5] 路林,劉玥揚,矯全宇.汽車用6系鋁合金及其焊接方法綜述[J].焊接技術,2020,49(06):1-4.

[6] 孫斌,管慶磊.變形溫度與應變速率對汽車用AA6014鋁合金顯微組織的影響[J].熱加工工藝,2019,48(10):56-58.

[7] 孫瑜,黃繼武,趙毅,黃志其.均勻化處理對6063鋁合金微觀組織結構的影響[J].熱加工工藝,2012,41(02):187-191.

[8] W,Khalifa,F,et al.Iron intermetallic phases in the Al corner of the Al-Si-Fe system[J].Metallurgical and Materials Transactions A,2003,34(13):807-825.

[9] KUIJPERS NCW,VERMOLEN FJ,VUIK C,et al.The dependence of the beta-AlFeSi to alpha-Al(FeMn)Si transformation kinetics in Al-Mg-Si alloys on the alloying elements[J].Materials Science&Engineering,A.Structural Materials:Properties,Misrostru cture and Processing,2005,394(1/2):9-19.

[10] Mondolfo L F.Aluminum alloys structure and properties[M].London-Boston:Butter Worths,1976:25.