6082铝合金铸锭均匀化工艺及过烧组织研究

2019-06-13王丽萍曲凤娇苗承义

有色金属加工 2019年3期

王丽萍，曲凤娇，王操，苗承义

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳 111003)

6xxx系铝合金是以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金，属于热处理可强化铝合金，该系合金具有中等强度，耐腐蚀性高，无应力腐蚀破裂倾向，焊接性能良好，焊接区腐蚀性能不变，成型性和工艺性能良好等优点[1]。6xxx铝合金在建筑、车辆、轨道交通、船舶等行业得到广泛应用。

铸锭均匀化是把化学成分复杂、快速非平衡结晶和塑性不好的铸锭加热到接近熔点的温度保温，使合金原子充分扩散，以消除化学成分和组织上的不均匀性，提高铸锭的塑性变形能力。均匀化温度提高，可提高原子扩散能力，使第二相充分溶解，但温度达到低熔点共晶相的共晶温度后，这些共晶相会产生复熔现象，会影响材料性能，这一复熔现象为过烧。均匀化过程中在保证铸锭性能的前提下，必须控制温度避免过烧现象发生。铝合金过烧，使其强度及延伸率(塑性)迅速降低，为使用安全起见，过烧零件应作报废处理[2]。

组织过烧会严重影响合金性能，是一种不允许产生的显微组织缺陷[3]。本实验在显微镜金相观察的基础上，结合力学性能测试与差热分析方法来研究铸锭均匀化过程，分析过烧的温度、形貌及对材料性能的影响。差热分析方法是在程序控制温度下，测量处于同一条件下样品与标准样品(参照物)的温度差与温度或时间的关系的一种技术[4]。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

选用6082铝合金铸锭，化学成分(质量分数，%)为，Si 1.121，Mg 1.062，Fe 0.200，Cu 0.086，Mn0.689，Cr 0.196，Ti 0.068，Al 96.530；其原始金相组织见图1。

图1 试样原始组织Fig.1 Original tissue of the sample

1.2 试验方法

(1)均匀化。1#～4#样品为原始状态，5#～8#样品和A试样均火温度为560℃，9#～12#样品和B试样均火温度为580℃，13#～16#样品和C试样均火温度为595℃，17#～20#样品和D试样均火温度为610℃；保温时间均为2h；5#～20#样品保温后自然冷却，A～D试样保温后室温水冷。

(2)力学性能。对1#-20#号试样进行拉伸试验，测试其屈服强度、抗拉强度、断后延伸率。

(3)组织分析。A～D试样磨抛处理，选用混合酸HF∶HCl∶HNO3∶H2O=2∶3∶5∶190溶液腐蚀，在显微镜下观察金相组织。

(4)差热分析。将试样加工成2mm×2mm×2mm尺寸，放入差热分析仪中，由室温加热至850℃，使用软件绘制出DTA曲线进行差热分析。

2 试验结果与分析

2.1 力学性能

经不同热处理后试样力学性能如表1所示。结果显示，与原始状态相比，固溶温度为560℃和580℃时屈服强度减小，抗拉强度增大，延伸率增大；595℃时屈服强度和抗拉强度接近原始状态，而延伸率大幅度减小；610℃时3个参数都减小。研究表明，固溶温度为560℃和580℃，塑性和强度得到优化；当固溶温度达到595℃或继续升高时，力学性能受到影响，塑性和强度都降低，尤其延伸率急剧降低。

2.2 金相组织分析

金相试样A、B、C、D在显微镜下观察到的组织形态如图2所示。合金组织过烧的形成是由于热处理加热温度达到或超过合金中低熔点共晶相的熔化温度，使低熔点共晶物或晶界发生复熔出现液相或氧化。结果显示，试样A、B组织分布均匀，与原始组织相比，第二相充分固溶，未见枝晶网及铸造共晶组织；试样C组织中第二相富集在晶界上，且出现晶界局部复熔加宽，可观察到复熔共晶球；试样D组织中晶粒增大，晶界明显加宽，在3个晶粒交叉处存在复熔三角形。研究表明，固溶温度达到595℃时，试样过烧，达到610℃后已严重过烧。得出结论，样品的过烧温度在580℃与595℃之间。

表1 试样力学性能

(a)试样A；(b) 试样B；(c) 试样C；(d) 试样D图2 试样均火后的金相组织Fig.2 Metallographic structure of samples after homogenization

2.3 差热分析

差热分析结果如图3所示。差热分析是较为准确的测定过烧温度方法，其原理是根据合金中某种第二相发生熔化时，必然有吸热效应[5]。由图3可知，试样被连续加热，在温差曲线上出现首个吸热峰，即表征合金中某种第二相发生复熔现象。Te温度处某种第二相开始融化，升温到Tm时该第二相已经完全融化。若在Te温度持续保温一段时间，第二相同样会完全融化，由此可知Te为试样的过烧温度。Te温度为587℃，此数值在580℃与595℃之间，可判定实验用6082铝合金过烧温度为587℃。