PDF《变形铝合金均匀化热处理的应用现状与研究进展》

收稿日期 :2005 -

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08 第一作者简介 :仲志国(1978 - ) ,男 ,河南南阳人 ,硕士研究生.

变形铝合金均匀化热处理的应用现状与研究进展 仲志国 ,左秀荣 ,翁永刚 ,宋天福 ,王明星 ,刘忠侠 ,杨升(郑州大学 物理工程学院 材料物理教育部重点实验室 ,河南 郑州 450052) 摘要 :均匀化热处理是变形铝合金生产工艺中重要的工序 ,对产品的质量影响很大.介绍了变形铝合金均匀化热处 理的基本原理和微观组织变化 ,论述了均匀化热处理的应用现状 ,研究进展及与国外先进技术的差距. 关键词 :均匀化热处理 ;

应用现状 ;

研究进展 中图分类号 :TG166.

3 文献标识码 :A 文章编号 :1007 - 7235(2006)

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04 The application situation and the study development of the wrought aluminium alloy'

s homogenization ZHONG Zhi2guo ,ZUO Xiu2rong ,WENG Y ong2gang , SONG Tian2fu ,WANGMing2xing ,LIU Zhong2xia ,Y ANG Sheng ( Zhengzhou University School of Physical Science &

Technology Key Laboratory of Material Physics Ministry of Education , Zhengzhou

450052 ,China) Abstract : The homogenization is an important heat treatment step during wrought aluminium alloy production ,it influences greatly the quality of the products. The basic principle and the microstructural changes of the homogenization have been introduced in this paper ,The current application situation ,the study development and the difference form the advanced foreign technology of the homog

2 enization have been summarized. Key words: homogenization ;

application situation ;

study development 由于铸造过程的非平衡结晶 ,变形铝合金锭都 要经过均匀化热处理 [1] .均匀化热处理是将铸锭加 热到接近固相线或共晶温度 ,长时间保温后冷却到 室温 ,使可溶解的相组织完全或接近完全溶解 ,形成 过饱和固溶体以及少量弥散析出的细小质点.将均 匀化处理过的样品与未经均匀化处理过的样品相比 较 ,挤压前的加热时间缩短 ,挤压力下降 ,成品表面 明亮、 色泽均匀 ,抗拉强度及屈服强度变化不大 ,但 伸长率却大幅提高 [224] .对于占挤压材产量2Π 3的Al2 Mg2Si 系合金来说 ,高质量的产品在很大程度上取决 于生产过程中对 Mg2 Si 、 游离 Si 、 AlFeSi 等相组织行为 的控制水平 ,而均匀化工艺可以决定第二相的状态 和分布 [529] .世界上产量最多的饮料罐材

3004 铝合 金经均匀化热处理后的 Al (FeMn) Si 相形态和分布决 定后续工艺的组织状态 ,进而决定罐体的最终性 能[10] .航空航天工业中广泛采用的

7075 高强度铝 合金 ,经合理的均匀化和固溶处理工艺后 ,可以减少 或消除粗大的 T(AlZnMgCu) 相和 Mg2 Si 相带来的不 利影响 ,使合金性能得到改善 [11212] .均匀化对产品 质量有重大影响 ,本文将对均匀化过程微观组织变 化和研究应用现状进行介绍.

1 均匀化热处理基本原理 铝合金铸锭在铸造过程中通常会产生晶内偏 析、 区域偏析和形成粗大金属间化合物 ,铝基体中固 溶的主要合金元素也处于过饱和状态 ,铸锭有很强 的内应力.均匀化热处理就是为了消除这些非平衡 结晶 ,使偏析和富集在晶界和枝晶网络上的可溶解

0 1 LAFT 轻合金加工技术2006 , Vol.

34 , №

1 金属间化合物发生溶解 ,使固溶体浓度沿晶粒或整 个枝晶均匀一致 ,消除内应力 [13214] .均匀化工艺是 基于原子的扩散运动.温度升高 ,扩散运动加速进 行[15216] ,因此为了提高反应速度 ,通常采用较高的均 匀化温度. 均匀化热处理可使铝合金中偏析的粗大第二相 充分溶解或转变 ,在冷却过程中均匀析出 ,挤压时再 次溶入基体 ,淬火时效后 ,均匀析出 ,充分强化. 对于

6063 铝合金 ,均匀化时的显微组织有以下 变化 : (1) AlFeSi 相由较硬的β 2AlFeSi 相转变成α 2AlFe2 Si 相[5 ,17] ;

(2)α 2Al + Mg2 Si 共晶固溶体溶解 ,残留 Mg2 Si 相 发生聚集 ;

(3) 冷却过程大量 Mg2 Si 相析出 ,冷却的目标应 该是在 270~320 ℃ 之间析出棒状亚稳、 六方结构的 β ′ 2Mg2 Si 相,β′2Mg2 Si 相的形核温度较低 ,故其扩散生 长速率慢 ,尺寸较小.细小均匀析出β ′ 2Mg2 Si 相在 挤压过程中重新固溶于基体 ,使挤压力减小 ,挤压速 度增大 [18219] . 对于

3004 铝合金,均匀化热处理可使针状Mg2 Si 相溶解,初生β2Al6 ( FeMn ) 相转变成α2Al12 (FeMn)

3 Si 相,同时晶内析出细小弥散的α2Al12 (FeMn)

3 Si相.这种基体中微细相对材料的减 薄拉伸性能几乎无影响 ,在罐体成形时 ,可减少罐体 与模具之间的摩擦 ,提高罐体表面的光洁度 [10] .

2 均匀化热处理工艺参数的确定 确定均匀化热处理工艺参数的关键就是保温温 度、 保温时间、 冷却速度的选择.优选均匀化制度 时 ,先找出过烧温度 ,然后确定保温温度 ,通过不同 保温时间样品的对比 ,得出最佳保温时间 ,最后找出 合适的降温方式和降温速度.通常采用的保温温度 为(019~0195) Tm , Tm 为铸锭实际开始融化温度. 并低于不平衡固相线或共晶温度

5 ℃ ~40 ℃.当温 度超过合金的最低共晶温度 ,将发生共晶反应 ,显微 组织中将出现复熔共晶球和晶间复熔物 ,导致晶界 粗化 ,出现过烧现象.过烧的合金强度虽不下降 ,但 抗疲劳性能严重降低 [4] ,产品必须报废. 对于

6063 合金 ,Mg2 Si 、 游离 Si 均是可溶相 , Mg2 Si 的溶解温度为

520 ℃,游离 Si 的溶解温度较 低 ,在一般的均匀化温度下 AlFeSi 相是不溶解的 ,只是β 2AlFeSi 相转变成α 2AlFeSi 相.595 ℃为Al2Mg2Si 系共晶温度 ,由于实际

6063 合金是一个多元系 ,实 际的过烧温度要比

595 ℃ 低一些 ,所以合适的均匀化 温度在

520 ℃ ~590 ℃ 之间 [17] .对于 Al2Si 系的 4A11 (类4032) 铝合金 ,共晶温度为

577 ℃,过烧温度为

540 ℃;

当采用

510 ℃

16 h 的均匀化制度时 ,枝晶网稀 疏 ,残留相较少 ,效果明显 [20] .3004 合金均匀化温 度由

595 ℃ 提高到

615 ℃ 时 ,第二相粒子分布均匀 ,体 积分 数由410 % 降到315 % , 弥散相无析出带变窄 [10] . 保温时间取决于非平衡相溶解及消除晶内偏析 所需要的时间 [21] .温度较高时原子扩散快 ,保温时 间就短.所以 ,保温温度和保温时间必须综合考虑. 随着 6A51 铝合金均匀化时间延长 ,第二相体积分数 逐渐减小 ,枝晶间距逐渐增大 ,固溶百分数逐渐增 大;

6A51 合金经

530 ℃ 保温

8 h ,固溶百分数就达到

4611 %;

520 ℃ 保温

16 h ,固溶百分数才达到

53 % ,可 见保温温度的影响远大于保温时间的影响 [22] . 均匀化后的冷却速度对析出物的大小、 数量与 分布有重大影响 [4 ,23] .均匀化后慢冷时 ,析出物成粗 大针状 ,铸锭变形抗力小 ,有利于挤压成形 ,但淬火 时不易完全溶解 ,降低时效强化效果 ,明显降低制品 屈服强度 ,并严重影响制品的表面质量.均匀化后 快冷时 ,析出物成细小弥散质点 ,有利于提高制品屈 服强度和表面质量 [24] .对于均匀化后快冷的

6063 合金铸锭 ,可........