V元素對6000系鋁合金組織和性能的影響

孫曉麗 ，孫 亮

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧遼陽 111003)

6000系鋁合金具有良好的熱塑性、耐蝕性以及理想的綜合性能，已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)[1-3]。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對鋁合金性能的需求也越來越高，現(xiàn)有性能已阻礙6000系鋁合金應(yīng)用的進(jìn)一步擴(kuò)展[4]。V是合金中常見的添加元素，在熔鑄過程中有細(xì)化晶粒的作用[5]。已有研究將V元素加入鋁銅合金，如李元元等[6]研究了V對鋁銅合金力學(xué)性能的影響，證明V可以顯著提高材料強(qiáng)度。但是有關(guān)V元素對6000系鋁合金影響的研究非常少。

本文研究了V元素對6000系鋁合金組織與性能的影響，并分析其影響機(jī)理，以便為6000系鋁合金實(shí)際生產(chǎn)中V元素的添加使用提供理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 材料制備

本文共制備4種不同成分合金，V含量分別為0%、0.1%、0.2%和0.3%，其余元素含量分別為：0.4%～0.8% Si，0.35% Fe，0.3% Cu，0.5% Mn，0.4%～0.7% Mg，0.3% Cr，0.2% Zn， 0.1% Ti。采用半連續(xù)鑄造方法制備鋁合金鑄錠，均勻化熱處理后，在2750T臥式擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，鑄錠的均勻化及擠壓參數(shù)見表1。

型材斷面為壁厚3 mm的矩形，試驗(yàn)材料經(jīng)過180 ℃×6 h時(shí)效處理后進(jìn)行組織觀察與性能檢測。

表1 均勻化和擠壓工藝參數(shù)

1.2 性能測試

在AG-X100KN型電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫力學(xué)性能測試，取平行試樣3個(gè)；使用AX10型光學(xué)顯微鏡(OM)進(jìn)行顯微組織觀察。晶間腐蝕試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7998—2005要求，工作面積30 mm×30 mm，取平行試樣3個(gè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 金相組織

圖1為不同V含量下擠壓制品的金相組織，可以看出隨著V含量的增加，合金中的大尺寸析出相數(shù)量增加，該析出相為含V的大尺寸析出相[7]。當(dāng)V含量較少時(shí)，大部分固溶進(jìn)入基體中，另一部分形成析出相，見圖1(a)、1(b)；當(dāng)V含量過多時(shí)，見圖1(d)，V與其他元素形成大尺寸析出相后，降低了合金元素在Al基體中的固溶度，從而減少了合金中的其他強(qiáng)化相的析出，對合金機(jī)械性能產(chǎn)生不利的影響。

(a)0% V；(b)0.1% V；(c)0.2% V；(d)0.3% V圖1 不同V含量合金的金相組織Fig.1 Microstructure of alloy with different V content

2.2 力學(xué)性能

V元素添加到鋁合金中，能夠增加合金的合金化程度，少量提升材料的力學(xué)性能[8]。圖2為不同V含量6000系合金的拉伸性能，從圖中可以看出隨著V含量的增加，合金的強(qiáng)度略有提升，當(dāng)V含量達(dá)到0.3%時(shí)，合金的強(qiáng)度出現(xiàn)下降。合金的強(qiáng)度與組織密切相關(guān)，V元素具有細(xì)化晶粒的作用，適當(dāng)?shù)募尤脒€有一定的固溶強(qiáng)化作用。但含量過多會(huì)產(chǎn)生大尺寸的析出相，降低了其他合金元素在Al基體中的固溶；同時(shí)在拉伸試驗(yàn)過程中變形量增大，大尺寸析出相的增加容易使得裂紋源增加。

圖2 V含量對合金拉伸性能的影響Fig.2 Effect of V content on tensile properties of alloy

2.3 電導(dǎo)率

鋁合金中合金元素的含量與存在形式對電導(dǎo)率影響很大[9]。圖3為不同V含量下合金的電導(dǎo)率，隨著V含量的增加，電導(dǎo)率降低，電導(dǎo)率的變化趨勢與伸長率的變化基本一致。合金電導(dǎo)率下降的原因主要是加入V元素后，合金化引起晶格點(diǎn)陣發(fā)生畸變，電子散射增加，導(dǎo)致電導(dǎo)率出現(xiàn)下降，合金元素的加入還會(huì)降低組織的均勻性，也不利于導(dǎo)電[10]。

2.4 晶間腐蝕性能

不同V含量鋁合金的晶間腐蝕顯微組織如圖4所示，隨V元素含量的增多，晶間腐蝕敏感性有所增加。不同V含量鋁合金最大腐蝕深度分別為：98.20、128.98、179.71和132.79 μm，當(dāng)V含量為0.2%時(shí)晶間腐蝕敏感性最大，V含量為0.1%和0.3%時(shí)，腐蝕深度相差不大。加入V元素后晶間腐蝕深度增加，一方面是因?yàn)榧尤牒笪龀鱿嗟臄?shù)量增加，析出相在腐蝕初期電化學(xué)活性高于基體，在腐蝕介質(zhì)的作用下作為陽極被優(yōu)先腐蝕；另一方面是因?yàn)閂元素具有一定細(xì)化晶粒的作用，導(dǎo)致合金的晶界及亞晶界增多，腐蝕的萌生位置和擴(kuò)展通道更多，增大了合金的腐蝕敏感性。

圖3 V含量對合金電導(dǎo)率的影響Fig.3 Effect of V content on electrical conductivity of alloy

(a)0% V；(b)0.1% V；(c)0.2% V；(d)0.3% V圖4 V含量對合金晶間腐蝕的影響Fig.4 Effect of V content on intergranular corrosion of alloy

3 結(jié)論

1)隨著V含量的增加，合金中大尺寸析出相數(shù)量有所增加；

2)當(dāng)V含量為0.2%時(shí)，力學(xué)性能最佳，此時(shí)抗拉強(qiáng)度為320 MPa，屈服強(qiáng)度為294 MPa；

3)合金中加入V元素會(huì)提高合金晶間腐蝕敏感性，晶間腐蝕敏感性隨V含量的增加呈先上升后降低的趨勢，在V含量為0.2%時(shí)腐蝕深度最大為179.71 μm。