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铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)

 铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金

             李鹏伟,谭  琳,刘  阳,吴  楠,唐  获,曹善鹏

               (辽宁忠旺集团有限公司,辽宁辽阳111003

摘要:采用光学显微镜、扫描电子显微镜观察组织,常温拉伸力学性能、布氏硬度和电导率等测试方法,试验研究了6061铝合金铸锭均匀化后冷却速度对其显微组织、力学性能和电导率的影响。结果表明,与均匀化后风冷冷却的铸锭相比较,均匀化后随炉冷却的铸锭晶界处有明显的粗大化合物,尺寸可达15铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)247.pngm,该粗大化合物在后续挤压生产中难以破碎溶解;均匀化后随炉冷却的铸锭相比于风冷却铸锭生产的挤压型材强度值与硬度值较低,但断后伸长率与电导率较高。

关键词:6061铝合金;均匀化;冷却速度;力学性能

中图分类号:TG166.3   文章编号:1007 - 7235201605  - 0005  - 04

    6061铝合金属于Al-Mg-Si系可热处理强化合金,该合金具有中等强度和良好的塑性,可广泛应用于航空航天、交通运输、通讯设备等领域。半连续铸造是生产6061铝合金铸锭的重要手段,在铸造过程中,由于冷却速度快,铸锭会存在不同程度的枝晶偏析,造成成分和组织的不均匀性,严重影响合金的后续加工性能及综合使用性能。工业生产中通常采用均匀化处理铸锭来减少并消除以上不利影响。

    本试验涉及的6061铝合金主要用于汽车防撞系统,对晶粒度与强韧性要求较高,合金中MgSi的含量及其存在形式是影响6061铝合金性能的主要因素。通过均匀化处理铸锭可以改善化学成分与组织的均匀性、调控制品的晶粒度。在均匀化工艺中,均匀化冷却方式是影响MgSi存在形式的重要因素,关于6061铝合金均匀化后冷却速率对制品组织与性能的研究鲜见报道。因此,本试验研究不同均匀化冷却速率对6061铝合金微观组织与性能的影

响,以期优化该合金的均匀化制度,为实际生产提供依据。

1  试验材料与方法

    试验用热顶半连续铸造6061铝合金铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)247.png310 mm铸锭。其化学成分(质量分数)为0. 86% Mg.0. 60%Si0.16% Fe0.22%Cu0.02% Ti0.06%Mn0. 10% Cr,余量Al。均匀化制度为5606 h。为了对比均匀化处理不同冷却速率对铝合金组织与性能的影响,具体试验方案为:①均匀化后采用强制风冷;②均匀化后采用随炉冷却,并关闭加热设备与风机;③对均匀化处理后的铸锭在500℃下挤压成材,经时效处理后沿挤压方向切取200 mm长的拉伸样;④在电子万能试验机上进行室温力学性能测试,在HB-3000C型电子布氏硬度计上进行布氏硬度测试,在D60K型数字金属电导率测量仪进行电导率测量;⑤采用蔡司AX10型光学显微镜(OM)对铸锭与挤压型材的样品进行光学显微组织观察,使用SSX-550型扫描电镜(SEM)观察均匀化后炉冷第二相形貌和成分分布。

2试验结果及分析

2.1  冷却速率对铸锭组织与性能的影响

2.1.1  对铸锭组织的影响

    1给出了6061铸锭均匀化不同冷却速度下的金相组织。可以看出,经过均匀化处理后,两组样品的枝晶网均呈断续分布,说明大部分可溶相发生溶解,此时晶内分布大量弥散相。图1a1b相比较,均匀化后随炉冷的铸锭组织内枝晶网络回溶程度更高一些,并且伴随有大量粗大析出相沿枝晶界断续分布,尺寸约为15铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)247.pngm,晶内的弥散析出相尺寸增大,接近1铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)247.pngm。图1cd为相应试样的偏光组织,可知均匀化后不同冷却速率对晶粒尺寸的影响不大。

铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)1490.png铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)1491.png铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)1492.png铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)1493.png 

    对均匀化后随炉冷铸锭试样进行SEM观察,并对其进行EDS面扫描,结果如图2所示。铝基体上存在粗大的灰色相,EDS成分扫描发现灰色相主要成分为MgSi两种元素。

  铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)1582.png 铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)1584.png铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)1585.png铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)1586.png

 从以上结果可以看出,6061铝合金中MgSi元素含量较高,半连续铸造后枝晶偏析严重,均匀化处理后枝晶间的非平衡相部分回溶到基体中,大部分MgSi原子扩散到铝基体中,在随后的冷却过程中发生脱溶。如果均匀化后冷却速率慢,为形核长大提供足够的动力与时间,促进Mg2 Si平衡相聚集长大,这与试验结果相符合。

2.1.2冷却速率对铸锭性能的影响

    16061铝合金铸锭在均匀化后不同冷却速率下的性能检测结果。可以看出,均匀化后随炉冷铸锭的强度值与硬度值低于均匀化后风冷铸锭的强度值、硬度值,但断后伸长率与电导率较高。结合图1的组织对比可知,在晶粒尺寸相近的条件下,粗大的Mg2 Si平衡相是导致均匀化后随炉冷铸锭强度值与硬度值较低的主要原因。

铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)1914.png 

2.2冷却速率对挤压型材组织与性能的影响

2.2.1  冷却速率对挤压型材组织的影响

    36061铝合金铸锭均匀化后不同冷却速率下,挤压型材的组织。图3a是风冷下的情况,结晶相在挤压后发生明显破碎,第二相尺寸小,在基体上均匀分布。图3b是随炉冷下的情况,基体上均匀分布大量粗大第二相,形状多为块状和杆状,尺寸约15 铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)247.pngm左右。说明均匀化后随炉冷铸锭组织中粗大第二相在挤压后仍然存在,且无明显破碎。

铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)2120.png铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)2121.png 

2.2.2  冷却速率对挤压型材性能的影响

    26061铝合金铸锭在均匀化后不同冷却速率下,挤压型材的性能检测结果。可以看出,均匀化后随炉冷挤压型材的强度值与硬度值明显低于均匀化后风冷挤压型材的强度值、硬度值,但断后伸长率较高,这与铸锭的性能对比趋势相近。挤压后组织内存在粗大的Mg2 Si,导致基体内MgSi含量的过饱和程度降低,时效后强度值与硬度值低,同时说明Mg2Si相长大到一定尺寸后在后续挤压过程中难以破碎,不利于挤压型材的力学性能的提高。  

铸锭均火冷却速度对6061铝合金组织与性能的影响(冶金)2357.png  

从电导率检测结果可知,铸锭均匀化后随炉冷的挤压型材的电导率明显低于风冷的。电导率与晶体点阵的晶格畸变程度有关,基体晶格内的原子含量高,合金元素在基体中的固溶度越小,电导率越高。结合图3组织可知,铸锭均匀化后随炉冷的挤压型材中析出大量平衡相,导致铝基体中元素含量少,电导率较高。

3  结  论

    1) 6061铝合金铸锭均匀化后随炉冷却与均匀化后风冷的相比较,前者铸锭组织中存在粗大第二相,晶粒尺寸变化不大,铸锭与挤压型材的强度值与硬度值偏低,但断后伸长率与电导率较高。

    2)铸锭均匀化后缓慢冷却形成的粗大Mg2Si平衡相,是造成炉冷铸锭的挤压型材力学性能低的主要原因,而且它在挤压过程中难以回溶。

    3)根据试验结果,确定5600C6 h+强风冷为6061铝合金铸锭较优的均匀化制度。

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