均匀化制度对6060铝合金铸锭性能的影响

2022-06-27陈奎刚王义斌崔家铭

热处理技术与装备 2022年2期

何金，陈奎刚，石娇，王义斌，高彤，崔家铭

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳 111003)

6xxx系合金的强度与合金中Mg2Si强化相的数量密切相关。6060铝合金中Mg2Si含量居中，具有中等强度，在挤压成形过程中对模具损伤小，可节省模具维修成本，同时还具有焊接性好、抗腐蚀性较强等优点，广泛应用于船舶、航空航天和高强度建筑等领域[1-2]。6060铝合金均匀化处理的目的是使铸锭内部各处成分、组织更加均匀一致，消除急速冷却时形成的铸造应力，避免挤压过程中突破压力太大或形成挤压裂纹，提高合金的加工性能[3-5]。6060铝合金铸锭的均匀化处理对型材最终的组织和性能也有很大的影响，本文研究了不同均匀化制度下铸锭内部的组织变化，确定6060铝合金铸锭最佳均匀化温度，并分析了不同均匀化时间对合金硬度和电导率的影响。

1 实验材料与方法

实验用6060铝合金铸锭采用半连续铸铸造方法生产，直径为174 mm，铸锭化学成分见表1，均匀化制度见表2，均匀化处理后采用水冷处理。

表1 6060铝合金铸锭各元素含量(质量分数，%)Table 1 Element contents of 6060 aluminum alloy ingot (mass fraction，%)

表2 均匀化制度Table 2 Homogenization treatment

采用蔡司AXI0 光学显微镜观察合金铸锭显微组织；采用SMP10型涡流电导率测试仪进行电导率测量；采用FV-810维氏硬度仪(加载砝码为2 kg)进行显微硬度测定。

2 实验结果与讨论

2.1 均匀化制度对显微组织的影响

在不同均匀化制度下6060铝合金铸锭的显微组织如图l所示。可以看出，合金铸锭经均匀化处理后，内部组织发生了明显的变化，铸态合金中网状的枝晶网几乎全部断裂，转变成链状，枝晶组织基本消除，同时偏聚在晶界和晶内的可溶相回溶到铝合金基体中。随着均匀化温度的升高，均匀化程度越大，560 ℃×8 h均匀化处理后，合金铸锭均匀化已充分完成，如图1(e)所示。有研究发现，铝合金在充分均匀化处理后，合金内部的针状、片状的β-AlFeSi相发生转变，变成球状的α-AlFeSi相，利于合金后续的挤压变形。经过DTA分析可知，6060铝合金的过烧温度为588.7 ℃。580 ℃均匀化处理时，组织中晶界变粗，说明已经出现轻微过烧现象，如图1(f)所示。因此，6060铝合金的最佳均匀化温度为560 ℃。

(a) 铸态；(b) 470 ℃×8 h；(c) 500 ℃×8 h；(d) 530 ℃×8 h；(e) 560 ℃×8 h；(f) 580 ℃×8 h图1 不同均匀化制度下合金铸锭的显微组织Fig.1 Microstructure of alloy ingots in different homogenization processes

2.2 均匀化时间对硬度的影响

在560 ℃均匀化温度下，对6060铝合金铸锭进行不同时间的均匀化处理，均匀化时间分别为2、4、6、8、10、12、14和16 h。对不同均匀化处理的合金铸锭进行硬度测定，硬度变化曲线如图2所示。由图2可知，随着均匀化时间的延长，合金硬度迅速下降，560 ℃×8 h均匀化处理后合金的硬度最小；继续延长均匀化时间至10～16 h，合金硬度趋于平稳。

铸态6060铝合金硬度比较高的原因：一是合金在铸造过程中由于快速冷却作用，导致合金元素来不及充分扩散，组织内部存在成分偏析，形成内应力；二是合金内存在Mg2Si强化相粒子[6-7]。均匀化处理后，随着均匀化时间的延长，合金元素进行充分扩散，均匀化处理8 h后组织和成分达到均匀一致，且强化相Mg2Si粒子几乎全部溶入基体中，合金的硬度达到最低值。均匀化时间继续延长，成分的均匀性和强化相的回溶度几乎不再发生变化，从而硬度基本保持不变。

图2 均匀化时间对6060铝合金铸锭硬度的影响Fig.2 Effect of homogenization time on hardness of 6060 aluminum alloy ingot

2.3 均匀化时间对电导率的影响

在560 ℃均匀化温度下，对不同均匀化处理时间的合金铸锭进行电导率测定，电导率变化曲线如图3所示。由图3可知，随着均匀化时间的延长，合金的电导率迅速升高，560 ℃×8 h均匀化处理后电导率达到最高值；继续延长均匀化时间至10～16 h，电导率出现轻微下降，但变化不大。

图3 均匀化时间对6060铝合金铸锭电导率的影响Fig.3 Effect of homogenization time on conductivity of 6060 aluminum alloy ingot

铸态合金的电导率比较低，这是因为铸态合金内存在成分偏析和组织偏析，形成铸造应力[8]，从而导致铝合金内部存在严重的晶格畸变，阻碍电子的运动；同时，铸态合金内部存在强化相Mg2Si粒子和过剩Si等粒子，对电子的运动也产生阻碍作用。均匀化处理后，6060铝合金铸锭内部各元素经过充分扩散后，达到成分和组织均匀，消除了合金内部的铸造应力。同时，合金内部可溶相经过均匀化处理后充分回溶到铝合金基体内部。均匀化处理8 h后，铸造应力几乎全部消失，可溶相已全部回溶到基体中，因此，合金铸锭的电导率达到最大值。继续延长均匀化时间，铸造应力和可溶相的回溶度几乎不再发生变化，合金的电导率也基本不变。