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固溶时效处理对6063铸态铝合金硬度影响
固溶时效处理对6063铸态铝合金硬度影响
摘 要:本文主要研究了6063铸态铝合金在不同固溶时效工艺处理下硬度的变化,通过金相观察、SEM以及TEM检测初步探讨了其微观组织变化。结果表明,通过优化固溶时效工艺,可以将6063铸态铝合金硬度提高到80HV以上,完全满足顾客要求。
关键词:6063铸态铝合金;固溶时效处理;硬度
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.019
6063铝合金具有优良的可挤压性性能和抗腐蚀性能,良好的阳极氧化着色性和优秀的可抛光性,以及出色的焊接性能等[1]。这些使得6063铝合金在工业型材、建筑型材以及装饰性铝合金中都具有广泛的应用。作为可热处理强化铝合金,时效处理已经是改善6063铝合金性能的重要途径,有关热处理工艺对其性能的影响已有大量研究,但这些研究多是针对6063挤压型材和轧制型材等,关于固溶时效工艺对铸态6063铝合金组织性能的影响,目前研究较少。根据客户需求,本文主要研究了固溶时效工艺对铸态6063铝合金硬度的影响。
有关6063铝合金时效强化机制,目前业界研究较多,一般认为是析出相沉淀强化[2-3]。这是由于其合金元素较多、析出相复杂等因素,使得对其建立数学模型难度较大。O.R.MYHR等人在以往研究基础上[4],对Al-Mg-Si合金时效强化机制进行了深入研究,综合考虑沉淀强化和固溶强化机制,推导出了屈服强度与热处理工艺之间的关系,建立了相应数学模型,并与实验结果进行了校正,对此合金数学模型的建立又前进了一步。
1 试样制备与试验方法
1.1 试样制备
根据客户要求和以往企业生产经验设计铸锭化学成分,见表1。采用直冷半连续铸造法生产规格为Φ448mm×6000mm的6063合金铸锭,铸造设备为Almax公司生产。
铸锭采用570℃/12h高温均匀化处理,室温自然冷却。距离铸锭顶部1/3处取试样一块,规格为60mm×150 mm× 30mm。将试样置于马弗炉中加热到550℃,保温4h,室温水淬。然后使用线切割设备将试样加工成30mm×30 mm× 30mm大小。留下两个试样作为对照试样,剩余试样随机分为A组和B组进行时效处理。
1.2 试验方法
(1)A组人工时效温度是175℃,时间分别为2h,4h,6h,8h,10h。
(2)B组人工时效温度是200℃,时间分别为2h,4h,6h,8h。
(3)试样经过砂纸打磨,抛光等步骤后,采用HV-1000Z型显微硬度计对试样进行显微硬度测量,随机选取三个测量点,取平均值。使用光学显微镜进行金相观察,使用扫描电镜和投射电镜对样品微观组织进行观察和分析。所用设备型号为ZEISS Axio vert.A1 倒置光学显微镜,ZEISS EVO18扫描电镜以及牛津 Inca X-Max 20电制冷X射线能谱仪等设备。
2 试验结果与分析
2.1 固溶时效工艺对硬度的影响
由图1可以看出,经过人工时效后样品硬度均有大幅度提升。在175℃时效温度下,时效初期硬度迅速升高,4h后趋于稳定,随着保温时间继续延长,硬度缓慢提高。在10h的保温时间内,尚未出现硬度降低现象。在200℃时效温度下,时效初期硬度升高速率高于175℃温度下,在2h后硬度已经达到峰值,随着保温时间延长,硬度开始逐渐下降。
根据图1,可以看出175℃保温四个小时以上,以及200℃保温两小时和四小时,这些时效工艺均能满足客户对产品硬度的要求(客户要求硬度大于80HV)。但本着低耗节约的原则,参照图1结果,又进一步对工艺进行了调整,见表2。根据表2结果,可以发现合金经过固溶时效处理后,硬度都符合客户要求。综合考虑测量误差、批次误差、能源节约和顾客要求的情况下,可以选择如下工艺:550℃2h+200℃2h。
2.2 固溶时效工艺对铝合金微观组织的影响
众所周知合金硬度的变化是合金显微组织变化的外在体现。6063合金属于典型的可热处理强化合金,在经过不同温度热处理后,合金析出相的数量和形态均产生相应变化。金相组织照片见图2。
由图2可以发现,在175℃温度下,随着固溶时间延长,晶界析出相逐渐增多,由断续颗粒状分布,逐渐长大为杆状,并趋于连续分布。为了进一步了解合金微观组织,结合图1和图2结果,我们对175℃4h样品进行了扫描电镜观察、EDS分析以及透射电镜检测,结果见图3。
通过能谱分析可以得知,晶界处粗大的杆状析出相主要是FeSiAl相。Mg2Si颗粒较小,在扫描电镜下只能发现零星分布,如图3(a)所示。在图3(b)中,可以发现经过175℃4h处理后从铝基体中析出大量细小弥散的针状β′′析出相。
2.3 试验结果分析
6063
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