5A06铝合金铸造板坯均匀化处理

5A06铝合金铸造板坯均匀化处理

尹华成

新疆众和股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830013

摘要：5A06合金主成分含量最多是金属元素镁，它的合金性质决定了其熔体流动性较差，再加上含有锰和锆等元素，所以熔体的黏度更高，在铸造过程中，容易产生冷隔、铸造裂纹等。借助力学性能测试、金相显微组织观察、扫描电子显微组织观察和透射电镜观察等测试分析手段，研究均匀化处理对5A06铝合金铸态板坯显微组织和力学性能的影响。结果表明，经过不同均匀化处理后，该合金抗拉强度，屈服强度，伸长率都比铸态的有了明显提高。

关键词：5A06铝合金；铸造板坯；均匀化处理

1引言

5A06铝合金是一种中强耐蚀可焊铝合金。由于Al-Mg系合金为不可热处理强化合金，因此均匀化制度的制定显得尤为重要。在工业生产中，Al-Mg合金铸造板坯的均匀化温度一般选为445℃～475℃，而均匀化保温时间一般控制在12h～36h，均匀化温度和时间都随着Mg含量的不同而变化。

2试验材料与试验方法

试验用材料为5A06铝合金铸造板坯，其化学成分见下表

5A06铝合金的化学成分(质量分数)%

板坯采用半连续铸造方法铸造，从260m×275mm×500mm板坯上取样。通过线切割手段，按照GB/T228-2002《金属材料室温拉伸实验方法》的有关规定制成拉伸试样。然后，对材料进行DSC分析可得合金的最低共晶点为549℃，超过549℃即过烧。根据DSC结果与Al-Mg合金工业生产现状制定均匀化温度为430℃、450℃、470℃、490℃、510℃、530℃，均匀化时间为1h，2h，4h，7h，16h，24h，36h。最后分别对每个状态进行力学拉伸试验，硬度测试，电导率测试，金相显微组织观察，扫描电子显微组织观察，透射电子显微组织观察。常温拉伸试验在CSS-44100型材料实验机上进行，拉伸速度为2mm/min。金相样品采用Keller试剂腐蚀。采用QuantaMK2-200环境扫描电镜对合金进行了观察和分析。电镜薄膜样品经机械预减薄后再进行双喷电解减薄，电解液为硝酸与甲醇混合液(体积比为1∶3)，电解减薄温度低于-20℃，透射电子显微组织观察在TECNAIG20电镜上进行，加速电压为200kV。

3试验结果

3.1铸态合金室温力学性能

5A06铝合金铸态拉伸力学性能如下表所示。该合金铸态板坯的强度和塑性能较低。

5A06铝合金铸态拉伸力学性能

3.2不同均匀化工艺对5A06铝合金板坯力学性能的影响

经过不同温度长时间均匀化处理后，合金抗拉强度，屈服强度，伸长率都比铸态的有明显提高。但不同均匀化条件下，合金的抗拉强度和屈服强度基本不变，抗拉强度在260N/mm2左右，屈服强度在135N/mm2左右。随着温度升高，当保温时间为16h和24h其伸长率都呈下降趋势;保温为36h其伸长率呈上升趋势，最高值为11.4%，最低值为9.8%。

3.3不同均匀化工艺对5A06铝合金板坯硬度和电导率的影响

均匀化温度分别为430℃、450℃、470℃、490℃、510℃、530℃，保温时间为1h，2h，4h，7h，16h，24h，36h的合金硬度和电导率都会发生变化，各均匀化制度下合金的硬度和电导率差别不大，而HB在75.2～78范围内波动，电导率在22.5%IACS～24.4%IACS范围内波动。

3.45A06铝合金铸态和均匀化态的金相组织

5A06铝合金铸态和均匀化态的金相组织见下图。

铸态和470℃24h均匀化态的金相显微组织

铸态条件下，晶界清晰，偏析严重，虽然铝合金枝晶组织不明显，还是可以看到粗大的连续β′和β相骨骼网络形态。如图3b所示，470℃均匀化时非平衡相基本溶解，大部分枝晶偏析消除，溶质的浓度逐渐均匀化;不溶的过剩相(如含Fe，Si相)也发生了聚集、球化的过程;晶粒大小没有发生变化，始终保持在120μm左右。

3.5铸态和均匀化态的扫描组织分析

5A06铝合金铸态和均匀化态的扫描显微组织见下图

5A06铝合金铸态和470℃24h均匀化态背散射

由图可以看出，在铸态合金中有许多与基体颜色相近的灰暗小区域，对这些区域进行能谱分析，得出这些灰暗区域都为Mg的偏析区，且经过均匀化处理后灰暗区域消失。如图4b所示，470℃24h均匀化后基体内出现许多细小弥散的析出相，大部分为细小颗粒状为β相(Mg₂Al₃)，也有短棒状的MnAl₆相。

4结果与分析

4.1主成分Mg的影响

在尽量控制杂质含量的前提下，对5A06铝合金的化学成分中的主元素Mg的含量进行调整，可以看出，随着Mg含量的增加，试样的抗拉强度增大，屈服强度则变化不明显，而延伸率变化不大。相关研究表明，镁含量超过4%，沿晶界β相容易形成的连续网膜，使合金出现晶间腐蚀、应力腐蚀的机率增大，并且随Mg含量的增高，β相沿晶界的连续网状分布的形成倾向也越强烈，因而这类腐蚀敏感性也随之提高。所以5A06合金的Mg含量不宜过高，选择在中限。

4.2微量Mn、Zr、Ti的添加方式及添加工艺

为了抑制再结晶并且使再结晶的晶粒细化，提高合金的强度和抗应力腐蚀开裂能力，在合金中添加了Mn、Zr、Cr等过渡族元素，由于这些元素的熔点要比铝高，所以一般添加都是以中间合金的方式。Ti以Al-5Ti-1B中间合金的形式加入，Zr以AL-4Zr中间合金或Zr复合盐的形式加入。

微量Mn的添加方式在添加含Mn量是10%的中间合金时，和铝锭同时在装炉时加入，放置在铝锭上面，即炉内温度较高的位置。由于Al-Mn合金的熔化温度较高，在750℃～800℃范围内，炉内温度高的地方对于合金熔化比较有利，便于中间合金在熔体中进行充分的扩散，能使中间合金分布均匀，能够有效地控制因密度差引起的成分偏析。

微量Ti的添加方式Ti元素是以中间合金形式加入的细化剂，这种细化剂有丝状和锭状两种，丝状的一般都卷成盘，直径一般为9.5mm，锭状的有质量不等的方锭、圆锭和条形，块状的Ti我们一般直接加入，并对它进行充分搅拌，丝状的Ti中间合金是用专业的送线机连续加入到炉外熔体的流槽中。这种方法一般用量较少，并且加入的比较均匀，能都消除粒子的密度偏析，细化铸锭组织的效果较好。

5结论

5.15A06铝合金铸造板坯经过430℃、450℃、470℃、490℃、510℃、530℃温度分别保温16h、24h、36h均匀化处理后，其抗拉强度、屈服强度、伸长率都有明显提高。但在各不同均匀化条件下的硬度、电导率、抗拉强度和屈服强度基本不变。

5.2均匀化处理条件下，非平衡相基本溶解，Mg偏析消除，溶质的浓度逐渐均匀化。不溶的过剩相(如含Fe，Si相)也发生了聚集、球化的过程，晶粒大小基本不变、始终保持在120μm左右，大量β(Mg₂Al₃)和MnAl₆弥散相析出，少量Al₃Zr弥散相析出。

5.35A06铝合金板坯均匀化过程主要受Mg元素分布的调控。提高均匀化温度，减小枝晶间距可加快均匀化进程，并且残余显微偏析指数随枝晶间距的减小呈平方衰减。

参考文献：

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