6111铝合金的铸态组织及均匀化工艺研究_冉凡青.pdf
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1、0前言在世界工业发展要求节能、环保的迫切形势下,一些发达国家制定了汽车燃油经济性法规和越来越严格的废气排放法规。因此,减轻汽车自重以降低能耗、减少污染、提高效率成为各大汽车企业提高竞争力的重要措施。铝合金及其加工材料,由于密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀及良好的加工性能等一系列优良特性,在汽车行业上获得广泛应用,从而成为制造汽车的重要材料1-3。常用于车身板的铝合金主要为 2系、5系和6系铝合金。其中6系铝合金由于成型性好、烤漆强度高、耐腐蚀、冲压后无吕德斯带等优点,在汽车工业中应用越来越广泛。由于较薄的汽车外车身更注重强度,因此外车身主要用6111合金4-5。6111
2、合金铸锭中通常含有大量非平衡凝固相,需要进行铸锭均匀化处理将其消除。有学者对6111均匀化工艺进行过探索1,但优选的均匀化温度较低,均匀化时间过长,不利于工业实际生产,因此本文在工业实际生产的基础上研究了6111铝合金的铸态组织以及对经过不同均匀化条件下的显微组织进行分析,确定其合适的均匀化工艺。1实验材料及方法本实验合金为某公司生产的6111铸锭,铸锭规格为630 mm1 500 mm7 000 mm。其化学成分如表1所示。将铸锭分切为15 mm12 mm10mm长方形试样,分别在热处理炉中进行不同制度的均匀化实验,均匀化热处理后试样取出空冷,之后进行机械研磨、抛光,采用 Zeiss Axi
3、o Vert.AIMAT金相显微镜下观察显微组织,采用蔡司扫描电镜对析出相进行分析,采用SMP10数显电导率仪对试样进行电导率测量,采用STA449F3同步热分析仪对样品进行DSC分析。6111铝合金的铸态组织及均匀化工艺研究冉凡青,白永芳,尹竹松,魏建国,高紫阳(天津忠旺铝业有限公司,天津 301700)摘要:采用光学显微镜、扫描电镜、电导率测试、差示扫描量热仪等手段对6111铝合金的铸态组织以及经过不同均匀化条件下的显微组织进行分析,确定其合适的均匀化工艺。根据显微组织形貌与DCS分析,并结合实际工业生产,得到最优的均匀化处理工艺为560 12 h,此时合金中的第二相已比较充分的回溶。关键
4、词:6111铝合金;铸态组织;均匀化;DSC中图分类号:TG146.21文献标识码:A文章编号:1005-4898(2023)03-0028-04doi:10.3969/j.issn.1005-4898.2023.03.06作者简介:冉凡青(1987-),男,河北沧州人,博士,高级工程师,主要从事铝合金熔铸工艺研究。收稿日期:2022-08-192023年第3期总第272期铝加工组织性能表16111合金化学成分(质量分数/%)Si0.61.1Fe0.4Cu0.50.9Mn0.10.45Mg0.51.0Cr0.1Zn0.15Ti0.1其他单个0.05合计0.15Al余量 28本次实验选用均匀化工
5、艺为:560(4 h、8 h、12 h、16 h)。2试验结果与分析2.1 铸态组织分析图1为6111铝合金铸态组织的金相与扫描形貌。金相图可以发现,在晶界存在粗大的网状枝晶。扫描形貌则可以看出,晶界处存在规则或不规则的块状相(见图1(b)中箭头A、E),长条状(见图 1(b)中箭头 B、C、D)及鱼骨状枝晶。由表 1 的能谱分析结果可知,块状相主要含 Al、Si、Cu元素和含量较少的Fe元素,长条状相中主要含Al、Si、Cu、Mn、Fe元素。EADCB(a)金相照片(b)扫描照片图16111合金铸态组织表16111扫描形貌中各点能谱分析(质量分数/%)测试点ABCDEAl50.4570.76
6、60.2063.6562.8Si9.147.258.637.2811.16Cu40.413.573.602.6824.73Mn3.876.156.10Fe14.5521.4220.291.312.2 均匀化组织分析图2为6111铝合金铸锭经均匀化热处理不同时间后的析出物金相照片。与铸态相比,晶界处仍存在粗大的枝状晶,但随均匀化热处理时间的延长,析出物连续性不明显、数量较少;当均匀化时间超过12 h后,析出相减少的趋势变得不再明显。将图2通过图像处理软件对析出相面积分数进行了计算,得到如下结果:560/4 h时为1.38%,560/8 h时为1.19%,560/12 h时为0.98%,560/1
7、6h时为0.97%,将数据绘制成曲线图如图3所示,从图3可以直观的发现,面积分数的结果与直观金相表现出的形貌一致,均匀化时间超过12 h后析出相几乎不再减少。图4为6111合金铸锭经560 均匀(a)4 h(b)8 h(c)12 h(d)16 h图26111铝合金经560 均匀化处理不同时间后的金相照片化热处理不同时间后的扫描照片,由图4和表2的能谱分析可以看出铸锭均匀化后结晶相的类型与铸态类似,主要含Al、Si、Cu、Mn、Fe元素,随均匀化热处理时间的延长,晶界上呈圆点状的相越来越多,晶界内也逐渐增多弥散析出的第二相,主要含有Al、Cu、Mn和少量Fe元素。图3不同均匀化制度下析出相的面积
8、分数表2图4中各点能谱分析(质量分数/%)均匀化制度560/4 h560/8 h560/12 h560/16 h测试点ABCDEFGHIJKLAl96.2062.8462.4777.5859.8661.4274.5781.7480.2797.7996.7598.27Si7.727.885.768.097.665.5910.315.35Cu0.992.382.571.962.782.671.711.541.570.640.820.89Mn0.796.526.403.605.906.144.393.683.251.462.060.84Fe2.0120.5420.6911.0923.3722.111
9、3.742.749.570.37冉凡青,等:6111铝合金的铸态组织及均匀化工艺研究组织性能50m50m50m50m50m20m均匀化时间/h析出相面积分数/%292.3 电导率测试与分析将铸锭样品和不同均匀化之后的样品分别进行电导率测量,所得结果如图5所示。由图发现电导率在均匀化初期上升较快,到12 h后趋于稳定。上文铸锭金相分析中已知 6111 合金中存在大量含Al、Si、Cu 元素的块状相和含 Al、Si、Cu、Mn、Fe元素的长条相,合金的物相结构为非平衡的过饱和固溶体和枝晶间粗大的平衡第二相。根据Ma-thiessen 理论6,合金的电导率是受纯铝基体电导率、添加合金元素Mg、Si、
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