轨道交通用6005A合金组织性能研究

郝先芃，邹 超，田茂德

（龙口市丛林铝材有限公司技术部，山东 龙口 265705）

伴随中国高速列车的不断发展，铝合金材料在轨道交通中得到了广泛的运用，其中6005A合金因具有良好的成形加工性能、抗蚀性、焊接性，中等强度,作为主要材料得到广泛使用。但轨道交通用6005A合金因其特殊的使用要求,对其组织性能有着非常严格的要求，其中型材的晶粒度对型材的组织性能、疲劳强度、抗蚀性、焊接性、成型加工等方面有着重要影响。对晶粒的控制在铝合金热挤压生产过程中是一个难点，不仅对铸锭的制备有严格的要求，而且需要对挤压生产过程进行严格控制，才能得到预期性能的产品。本次研究的目的就是从影响型材晶粒度的几个方面入手，从熔铸开始控制影响铸锭的晶粒变化的相关因素，调整型材挤压工艺控制再结晶温度抑制型材晶粒的长大。本次研究在整个生产的过程中通过多种方式的联合调整，最大程度的细化晶粒，进一步提升6005A合金的综合性能,从而更好的适用于轨道交通领域。

1 铸锭的制备

1.1 合金成分调整

6005A合金主要成份为Al-Mg-Si，其中Mn能阻止合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起到阻碍作用；Cr在Al中形成（CrFe）Al7和（CrMn）Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性；但(Mn+Cr)总量过高可能形成含Cr的粗大第二相，削弱MgzSi相的沉淀强化效果，抵消其阻碍再结晶和细化晶粒的作用。同时，Mn、Cr元素会增大6005A合金淬火敏感性。由此可以看出，在6005A合金中Mn、Cr含量不要过高，因此需合理要控制Mn+Cr的总量,并且调整Mn、Cr合金元素的成分比例,才能阻碍挤压时和挤压后发生再结晶或再结晶晶粒长大，起到细化晶粒的目的。

此外，Ti与Al形成AlTi2相，成为结晶时的非自发晶核，起细化铸造组织和焊缝组织的作用；少量的Fe可以细化晶粒，其不利的影响，可以利用Si、Mn、Cr元素消除；杂质元素对晶粒的细化也有一定的影响，因此需要严格控制杂质元素的含量。本次研究对合金成分进行了严格的控制,具体合金成分见表1。

表1 6005A铝合金化学成分(质量分数%)

1.2 铸锭均匀化退火工艺调整

铸锭均匀化退火对晶粒的细化有重要影响，其中Mn、Cr元素可在铸锭均匀化退火时产生弥散的质点，阻止位错及晶界的迁移，从而提高了再结晶温度，有效的阻止了晶粒的长大，可细化晶粒，并保证组织在热加工及热处理后保持未再结晶或部分再结晶状态，使强度提高的同时具有较好的抗应力腐蚀性能。本次研究所用的铸棒采用半连续铸造方法,使用表2中双级均匀化处理制度以消除晶内偏析,使成分更加均匀,提升合金挤压性能。

表2 铸锭均匀化退火工艺

1.3 铸锭检测结果

图1 铸锭组织

图1 是制备的铸锭分别在50倍和100倍显微镜下的组织结构，由图中我们可以看到本次研究制备的铸锭组织结稳定，分布均匀。说明此次研究调整的合金成分及均匀化退火工艺合理有效，获得了较为理想的制品，为进一步的挤压生产研究提供了良好的材料。

2 挤压工艺调整

在挤压过程中合理的挤压工艺直接影响产品最终的组织性能。热变形后制品晶粒度的大小，取决于变形程度和变形温度。本次研究选取变形量为30%～35%的车体侧墙型材进行试验，为获得高晶级、高性能的制品，需要通过调整挤压工艺来控制变形温度。降低挤压时变形温度可减少大角度亚晶晶界迁移的速度，阻碍再结晶的发生。同等挤压温度条件下, 挤压速度过快，铸锭的变形速度快，生产的热量增加，为再结晶提供的能量增加，从而导致再结晶的发生。同等挤压速度条件下,降低挤压温度、减少再结晶的能量，可抑制再结晶的发生。故通过合理的调整挤压温度、挤压速度等挤压工艺参数来控制挤压过程中的变形温度，既能得到高晶粒度的制品，也能保证制品优异的挤压性能。本次研究的具体挤压工艺详见表3。

3 试验结果

在线热处理后获得的制品，采用峰值时效制度170℃～180℃保温8小时进行时效处理。获得的制品随机取样进行显微组织和力学检测。

图2 型材组织

由图2可以看出本次研究的制品在高倍显微镜下晶粒组织细小、均匀，无粗晶及粗晶层现象。同时对上图的试样进行力学检测，检测结果详见表4。

表4 力学结果

综合以上检测结果，我们可以得到：通过合理的调整挤压工艺参数来控制型材的变形温度，可以有效抑制再结晶现象，从而获得高晶级、高性能的制品。

4 结语

本次研究为了获得高晶粒度、高性能的6005A型材。通过调整6005A合金成分，严格控制合金中Mn、Cr、Ti、Fe、Si元素的含量，针对调整后Mn、Cr元素对热处理过程中的不利影响，调整铸锭均匀化退火工艺；为抑制挤压过程中再结晶现象的产生，需要控制挤压过程中变形温度，合理调整挤压温度、挤压低速等挤压工艺，最终得到了组织结构均匀、性能优异的制品。