均勻化冷卻方式對(duì)6008鋁合金組織和性能的影響

代自瑩，張 宇，謝方亮，張 偉，吳 楠

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003)

6xxx系鋁合金是可熱處理強(qiáng)化的合金，該系合金強(qiáng)度適中，成型性和耐蝕性好，易著色，綜合性能優(yōu)良，為制造汽車車身鋁合金板提供了良好的初始成型性和最終使用性能。6008鋁合金是瑞士鋁業(yè)協(xié)會(huì)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)注冊(cè)的鋁合金，它是在6005A鋁合金基礎(chǔ)上發(fā)展而來，在6005A中加入0.05%～0.2%的釩，性能更優(yōu)異，被歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)確定為“車體型材合金”[1]，是高速交通工具實(shí)現(xiàn)輕量化的良好材料[2-3]。目前均勻化制度對(duì)6008鋁合金組織及性能影響的研究尚不全面[4-6]，本文研究了不同冷卻方式的均勻化工藝對(duì)6008鋁合金鑄錠微觀組織及力學(xué)性能的影響，對(duì)制定6008合金鑄錠力學(xué)性能優(yōu)化方案具有重要的參考價(jià)值。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)用6008鋁合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Si 0.5～0.9，F(xiàn)e 0.35，Cu 0.3，Mn 0.3，Mg 0.4～0.7，Cr 0.3，Ti 0.1，V 0.05～0.20，Zn 0.2，Al余量。試樣分為三組，分別為未均勻化處理、570℃×3h(水冷)均勻化處理、570℃×3h(空冷)均勻化處理，對(duì)6008鋁合金鑄錠進(jìn)行不同冷卻方式的均勻化工藝試驗(yàn)，探究均勻化處理對(duì)鑄錠微觀組織及力學(xué)性能的影響。鑄錠均勻化處理后試樣采用ZEISS AXIO型金相顯微鏡對(duì)樣品鑄錠微觀組織及晶粒度進(jìn)行觀察；采用AG- X 100KN電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行常溫力學(xué)性能拉伸試驗(yàn)，分析不同均勻化制度所得鑄錠的力學(xué)性能；采用SMP- 10渦流電導(dǎo)儀，在23℃溫度下進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 均勻化冷卻方式對(duì)微觀組織的影響

圖1是6008鋁合金鑄錠及其均勻化后的微觀組織。

(a)未均勻化；(b) 570℃×3h水冷；(c) 570℃×3h空冷

由圖1(a)可以看出，未均勻化鑄錠的晶界連續(xù)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，第二相在晶界處聚集。分析產(chǎn)生原因?yàn)殇X液的不均勻凝固，導(dǎo)致非平衡凝固共晶相在晶界處大量析出。圖2為6008鋁合金鑄錠及其均勻化后的晶粒度，可以看出，6008鋁合金在所有均勻化制度下鑄錠晶粒度等級(jí)基本無(wú)變化，在0.5～1.0級(jí)(260μm～275μm)間。

圖3為6008鋁合金鑄錠均勻化處理前后的SEM圖像?？梢钥闯?，6008鋁合金鑄錠經(jīng)均勻化處理后，鑄錠晶界變細(xì)且由連續(xù)變?yōu)閿嗬m(xù)，表明均勻化處理中非平衡凝固結(jié)晶相發(fā)生了溶解。經(jīng)570℃×3h水冷處理后鑄錠組織均勻化程度更高。鑄錠經(jīng)570℃×3h空冷處理后，組織中的結(jié)晶相數(shù)量增多，這些結(jié)晶相主要有長(zhǎng)條狀、球狀及粒狀，有些長(zhǎng)條狀較細(xì)，斷續(xù)分布在晶界處，有些長(zhǎng)條狀相析出在基體內(nèi)部，長(zhǎng)度較短，基體內(nèi)部的球狀結(jié)晶相尺寸較小。空冷的冷卻速度較慢，使得已回溶至基體內(nèi)部的第二相重新析出，在晶內(nèi)及晶界處彌散分布。

根據(jù)SEM掃描結(jié)果可知，基體內(nèi)有條狀共晶相且粗細(xì)不等(如點(diǎn)B、B’、B”)，還有勾勒晶界形貌的長(zhǎng)條狀相(如點(diǎn)A、A’)。觀察圖2(c)可知，570℃×3h空冷后的晶界處出現(xiàn)難溶相，其形態(tài)趨于球化?；w內(nèi)出現(xiàn)AlFeSi相。根據(jù)表1的EDS分析我們可以看出，均勻化后6008鋁合金中晶界處Mg元素所占比例降低，表明含Mg相已部分溶入基體內(nèi)部。點(diǎn)A’、B’和B”均為含鐵相。

2.2 均勻化冷卻方式對(duì)電導(dǎo)率的影響

圖4是從鑄錠心部到邊部，鑄錠均勻化處理前后的電導(dǎo)率變化情況。由圖可知，未經(jīng)處理的鑄態(tài)合金電導(dǎo)率最小，約為41.49% IACS，均勻化后的鑄錠電導(dǎo)率明顯提高，且經(jīng)空冷后的鑄錠電導(dǎo)率提高程度更加明顯，達(dá)到46.18% IACS。電導(dǎo)率主要受合金元素、合金的固溶狀態(tài)、第二相析出與分布等微觀結(jié)構(gòu)因素決定，鑄態(tài)條件下的合金組織為非平衡固溶體的過飽和組織，溶質(zhì)含量較高，合金的電阻率較高，而電導(dǎo)率較低[7]。在均勻化過程中，鑄造應(yīng)力引起的晶格畸變逐漸消失，晶內(nèi)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(diǎn)陣的畸變程度，使基體點(diǎn)陣中電子散射源的密度減小，導(dǎo)電電子的平均自由程度增大，從而合金的導(dǎo)電率增大。

圖4 6008鋁合金鑄錠電導(dǎo)率

2.3 均勻化冷卻方式對(duì)力學(xué)性能的影響

通過力學(xué)性能圖5可以看出，均勻化處理后合金鑄錠的延伸率提高到20.7%，說明均勻化處理提高了鑄錠的塑性。因?yàn)榫鶆蚧幚砗螅珹l基體中的雜質(zhì)元素析出，合金元素通過擴(kuò)散在基體中趨于分布均勻，起到固溶強(qiáng)化作用。水冷均勻化處理后鑄錠的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度幾乎不變化，而空冷均勻化處理后的鑄錠屈服強(qiáng)度降低到49.6MPa，抗拉強(qiáng)度降低到122.7 MPa。因?yàn)榭绽渚鶆蚧?，組織中出現(xiàn)AlFeSi相，它們難溶于基體，降低合金的力學(xué)性能。對(duì)比水冷和空冷力學(xué)性能結(jié)果可知，570℃×3h，水冷處理后的鑄錠綜合性能更好。

圖5 6008鋁合金鑄錠均質(zhì)前后的力學(xué)性能

3 結(jié)論

(1)6008合金鑄錠經(jīng)570℃×3h均勻化處理后，組織中非平衡相溶解，晶界由連續(xù)變斷續(xù)，基體內(nèi)析出第二相。水冷條件下，基體內(nèi)析出相呈點(diǎn)狀，分布均勻，彌散效果好?？绽錀l件下，晶界處難溶相尺寸較大，基體內(nèi)點(diǎn)狀和針狀析出相分布不均勻，組織均勻性較差。

(2)均勻化處理使固溶于α -Al中的合金元素以第二相的形式大量均勻析出，減少晶格畸變進(jìn)而改善α -Al基體電場(chǎng)的規(guī)整性，減少了自由電子的散射，提高6008鋁合金鑄錠的電導(dǎo)率，570℃×3h，空冷均勻化處理后的鑄錠電導(dǎo)率達(dá)到46.18% IACS。

(3)均勻化后合金鑄錠塑性提高。對(duì)比可知，570℃×3h，水冷均勻化制度第二相基本全部回溶，均勻化程度更高，鑄錠的綜合力學(xué)性能更好。