均匀化冷却方式对6008铝合金组织和性能的影响

代自莹，张 宇，谢方亮，张 伟，吴 楠

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

6xxx系铝合金是可热处理强化的合金，该系合金强度适中，成型性和耐蚀性好，易着色，综合性能优良，为制造汽车车身铝合金板提供了良好的初始成型性和最终使用性能。6008铝合金是瑞士铝业协会在国际标准协会注册的铝合金，它是在6005A铝合金基础上发展而来，在6005A中加入0.05%～0.2%的钒，性能更优异，被欧洲铝业协会确定为“车体型材合金”[1]，是高速交通工具实现轻量化的良好材料[2-3]。目前均匀化制度对6008铝合金组织及性能影响的研究尚不全面[4-6]，本文研究了不同冷却方式的均匀化工艺对6008铝合金铸锭微观组织及力学性能的影响，对制定6008合金铸锭力学性能优化方案具有重要的参考价值。

1 试验材料与方法

试验用6008铝合金化学成分(质量分数，%)为，Si 0.5～0.9，Fe 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。试样分为三组，分别为未均匀化处理、570℃×3h(水冷)均匀化处理、570℃×3h(空冷)均匀化处理，对6008铝合金铸锭进行不同冷却方式的均匀化工艺试验，探究均匀化处理对铸锭微观组织及力学性能的影响。铸锭均匀化处理后试样采用ZEISS AXIO型金相显微镜对样品铸锭微观组织及晶粒度进行观察；采用AG- X 100KN电子万能试验机进行常温力学性能拉伸试验，分析不同均匀化制度所得铸锭的力学性能；采用SMP- 10涡流电导仪，在23℃温度下进行电导率检测。

2 试验结果与分析

2.1 均匀化冷却方式对微观组织的影响

图1是6008铝合金铸锭及其均匀化后的微观组织。

(a)未均匀化；(b) 570℃×3h水冷；(c) 570℃×3h空冷

由图1(a)可以看出，未均匀化铸锭的晶界连续呈网状结构，第二相在晶界处聚集。分析产生原因为铝液的不均匀凝固，导致非平衡凝固共晶相在晶界处大量析出。图2为6008铝合金铸锭及其均匀化后的晶粒度，可以看出，6008铝合金在所有均匀化制度下铸锭晶粒度等级基本无变化，在0.5～1.0级(260μm～275μm)间。

图3为6008铝合金铸锭均匀化处理前后的SEM图像。可以看出，6008铝合金铸锭经均匀化处理后，铸锭晶界变细且由连续变为断续，表明均匀化处理中非平衡凝固结晶相发生了溶解。经570℃×3h水冷处理后铸锭组织均匀化程度更高。铸锭经570℃×3h空冷处理后，组织中的结晶相数量增多，这些结晶相主要有长条状、球状及粒状，有些长条状较细，断续分布在晶界处，有些长条状相析出在基体内部，长度较短，基体内部的球状结晶相尺寸较小。空冷的冷却速度较慢，使得已回溶至基体内部的第二相重新析出，在晶内及晶界处弥散分布。

根据SEM扫描结果可知，基体内有条状共晶相且粗细不等(如点B、B’、B”)，还有勾勒晶界形貌的长条状相(如点A、A’)。观察图2(c)可知，570℃×3h空冷后的晶界处出现难溶相，其形态趋于球化。基体内出现AlFeSi相。根据表1的EDS分析我们可以看出，均匀化后6008铝合金中晶界处Mg元素所占比例降低，表明含Mg相已部分溶入基体内部。点A’、B’和B”均为含铁相。

2.2 均匀化冷却方式对电导率的影响

图4是从铸锭心部到边部，铸锭均匀化处理前后的电导率变化情况。由图可知，未经处理的铸态合金电导率最小，约为41.49% IACS，均匀化后的铸锭电导率明显提高，且经空冷后的铸锭电导率提高程度更加明显，达到46.18% IACS。电导率主要受合金元素、合金的固溶状态、第二相析出与分布等微观结构因素决定，铸态条件下的合金组织为非平衡固溶体的过饱和组织，溶质含量较高，合金的电阻率较高，而电导率较低[7]。在均匀化过程中，铸造应力引起的晶格畸变逐渐消失，晶内的合金元素偏析逐渐减小，晶界处的共晶相逐渐溶解，减弱了基体点阵的畸变程度，使基体点阵中电子散射源的密度减小，导电电子的平均自由程度增大，从而合金的导电率增大。

图4 6008铝合金铸锭电导率

2.3 均匀化冷却方式对力学性能的影响

通过力学性能图5可以看出，均匀化处理后合金铸锭的延伸率提高到20.7%，说明均匀化处理提高了铸锭的塑性。因为均匀化处理后，Al基体中的杂质元素析出，合金元素通过扩散在基体中趋于分布均匀，起到固溶强化作用。水冷均匀化处理后铸锭的屈服强度和抗拉强度几乎不变化，而空冷均匀化处理后的铸锭屈服强度降低到49.6MPa，抗拉强度降低到122.7 MPa。因为空冷均匀化后，组织中出现AlFeSi相，它们难溶于基体，降低合金的力学性能。对比水冷和空冷力学性能结果可知，570℃×3h，水冷处理后的铸锭综合性能更好。

图5 6008铝合金铸锭均质前后的力学性能

3 结论

(1)6008合金铸锭经570℃×3h均匀化处理后，组织中非平衡相溶解，晶界由连续变断续，基体内析出第二相。水冷条件下，基体内析出相呈点状，分布均匀，弥散效果好。空冷条件下，晶界处难溶相尺寸较大，基体内点状和针状析出相分布不均匀，组织均匀性较差。

(2)均匀化处理使固溶于α -Al中的合金元素以第二相的形式大量均匀析出，减少晶格畸变进而改善α -Al基体电场的规整性，减少了自由电子的散射，提高6008铝合金铸锭的电导率，570℃×3h，空冷均匀化处理后的铸锭电导率达到46.18% IACS。

(3)均匀化后合金铸锭塑性提高。对比可知，570℃×3h，水冷均匀化制度第二相基本全部回溶，均匀化程度更高，铸锭的综合力学性能更好。