鋁合金不同固溶熱處理對力學性能的影響

欒興隆 夏松

摘要：本文通過對鋁合金相組織進行觀察和實驗，探究了固溶處理對6系鋁合金產生的影響。實驗表明：在一定的溫度和時間范圍內，隨著升高固溶的溫度或者是延長固溶的時間，一些金屬元素會逐漸回溶，并且金屬的性能也得到了提高。如果繼續延長固溶時間或是提高溫度，6系鋁合金的力學性能反而會降低，6系鋁合金變質處理后的固溶處理的最佳條件是：溫度480攝氏度，時間6小時?。

關鍵詞：鋁合金;軌道交通;應用

1.引言

6系列鋁合金可覆蓋部分復合鋁帶，應用范圍廣泛，如制造空調、汽車、制氧機等散熱裝置。6系鋁合金是以鎂和硅為主要合金元素并以Mg2Si相為強化相的鋁合金，屬于熱處理可強化鋁合金。因此，為了提高鋁合金的力學性能，必須細化合金組織，從而改善合金的組織和性能。

2.固液處理的基本概念

2.1固液處理概念

固液處理，即通過將金屬加熱到高溫單相區域并保持恒定溫度，當多余的相完全溶解在固液中時，將其快速冷卻，從而獲得過飽和固溶體。

2.2固液處理的原理

固液處理的目的是溶解基體中的碳化物，使過飽和固溶體均勻化，消除冷熱加工產生的應力，使合金再結晶。其次，通過固液處理可以獲得合適的晶粒尺寸，以保證合金在高溫下的抗蠕變性能。固溶處理溫度約為990-1200℃，根據各合金的相析出、使用要求和溶解規律確定。因此，主強化相具有一定的晶粒尺寸。對于一些長期處于高溫環境中的合金，要求它們具有良好的蠕變性能和高溫耐久性。在這種情況下，應選擇較高的固液溫度，以獲得較大的晶粒尺寸。對于一些在中溫下使用且要求更好屈服強度、沖擊韌性、室溫硬度、疲勞強度和抗拉強度的合金，應選擇較低的溫度以確保較小的晶粒尺寸。2.實驗過程

本實驗的原材料為6系列鋁合金。在電阻坩堝鍋爐中加熱熔化一定量的6系列鋁合金，以390/min的轉速將壓力為0.5MPa的高純氬氣吹入脫氣精煉，持續15分鐘。然后，熔化后，加入一定量的改性劑re-Ba-sb，攪拌溶液，保溫一段時間后放入400℃的金屬模中。

改性的具體操作方法是將熔體溫度提高到750℃，將改性劑與固溶體充分混合，保溫60分鐘，然后將溫度降低到710℃，直接澆鑄，熔體在400℃時均勻流入金屬模具。

在箱式電阻爐中進行熱處理時，低于500℃的加熱速率為每秒4℃，高于500℃的加熱速率為每秒3℃。選擇480-540℃進行固溶處理，固溶處理后最后用冷水淬火觀察樣。

3.對實驗結果進行討論分析

3.1固溶處理對6系列鋁合金顯微組織的影響

固溶時間的長短，決定了固溶強化效果的好壞，同時也影響生產率和能源的利用效率。固溶保溫時間的選擇，既要保證能溶入固溶體的強化相充分溶入，以得到最大的過飽和度，又不能引起強化相長大聚集。因此，選擇合適的保溫時間，也是固溶處理中很重要的環節。為了研究固溶時間對6系合金顯微組織的影響，所用試樣在相同的固溶溫度525℃，分別保溫5min，10min，20min，40min后出爐快速水淬。這表明添加一些改性劑可以顯著改善鋁合金的微觀組織，進一步提高鋁合金的性能。本實驗對六種系列鋁合金在480-540℃下進行6小時固溶處理，研究不同固溶溫度對鋁合金組織和力學性能的影響，以尋找最合適的固溶溫度。在最佳固溶溫度的基礎上，研究了不同固溶時間對鋁合金組織和力學性能的影響，找到了最合適的固溶處理時間。

3.2固溶處理對6系列鋁合金性能的影響

固溶處理時間的長短對固溶效果、生產率和能源利用率有著決定性的影響。由于溶質原子擴散需要時間，固溶體時間的首選應確保所有強化相都能完全溶解到固溶體中以達到過飽和;但是，一旦保溫時間過長，會導致強化階段大量聚集，對后續反應產生不利影響。因此，固溶處理的關鍵環節是選擇合適的保溫時間。在490℃恒溫環境下，對保溫時間分別為1H、2h、3h、6h和9h的6系列鋁合金進行了力學性能測試，觀察了不同保溫時間對合金性能的不同影響。

隨著固溶時間的延長，6系列鋁合金的延伸率和抗拉強度先升高后降低;當固溶時間為6h時，6系列鋁合金具有最大的延伸率和抗拉強度。造成這種現象的原因是：固溶時間短，硅不能完全溶解，合金伸長率低，鋁合金元素沒有完全溶解，導致6系鋁合金缺乏高強度;較長的固溶時間會導致硅的晶粒化和粗化，過度生長的硅也會對基體產生劈裂效應，降低6系鋁合金的伸長率，但對其強度影響不大。

綜上所述，當固溶溫度為200℃，固溶處理時間為6h時，6系鋁合金的固溶溫度升高，強化相的溶解濃度增加。降低了硅相的尺寸，提高了鋁合金的力學性能。一旦固溶溫度繼續升高，硅相的偏析和粗化將降低合金的力學性能。因此，最佳固溶處理時效工藝為：固溶溫度490℃，固溶時間6小時。固溶溫度對微觀組織的影響。選定固溶溫度時應考慮到既要使θ相充分地溶解于α相中，又要避免合金中的共晶體發生熔化，因此固溶處理的溫度總是略低于合金的固相線溫度。本試驗采用固溶溫度為：500℃，510℃，525℃，540℃，在保溫5min，10min，20min，40min相同固溶時間的條件下，進行了固溶處理，出爐后速水淬，當6系列鋁合金固溶處理時的高溫強度大于12.54mpa時，可避免表面起泡的發生。

結語

隨著固溶溫度的升高，元素在6系列鋁合金中的溶解濃度逐漸增加，硅相的粒化程度逐漸降低，導致合金力學性能不斷提高。一旦固溶溫度過高，硅相變得粗糙，導致6系列鋁合金的機械性能降低。

在固溶處理過程中，隨著時間的增加，硅會逐漸產生顆粒，導致合金的力學性能變得更強并達到峰值。但是，固溶時間過長也會導致硅的過度生長，從而對6系鋁合金產生劈裂效應，降低塑性。

6系列鋁合金最適宜的固溶工藝為：固溶溫度達到490℃，固溶時間為6h，在此條件下固溶處理后，改性6系列鋁合金的伸長率和抗拉強度分別為7%和260mpa。

參考文獻

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