一种Al-Mg—Si铝合金板材固溶处理及人工时效工艺研究

2009，Vo1．37，No6 轻 合 金 加 工 技 术 LAFI' 27 一 种 一Mg—Si铝合金板材固溶处理及人工时效 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 研究 于莉莉，谢延翠，徐崇义，赵永军，张占峰 (东北轻合金有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 15oo6o) 摘要：研究固溶处理温度、保温时间、淬火转移时间、时效前停放时间、时效温度、时效保温时间等工艺参数对一种 A1·Mg-Si合金板材的组织及性能的影响。确定：该种 A1-Mg-Si板材淬火加热温度为525℃±2~C；淬火加热保温时间 为30 min一70 rain；淬火转移时间 t。≤30 s；淬火后停放时间 t2≤4 h；时效温度为18O℃±5~C；时效时间为 10 h。 关键词： 一Mg-Si铝合金；板材；固溶处理；时效 中图分类号：TG146．21；TG166．3 文献标识码：A 文章编号：1007—7235(20o9)06—0027—06 The research of solution treatment and artificial agmg techniques on a kind of AI—M g—Si aluminum alloy plate YU Li—li，XIE Yan—cui，XU Cong-yi，ZHAO Y0ng—jun，ZHANG Zhan—feng (Northeast Light Alloy Co．，Ltd．，Harbin 150060，China) Abstract：This paper study the technological parameters of solution treatment temperature，heat preservation time during quench— ing，transfer time during quenching，sta~ng time before aging，aging temperature，heat preservation time during aging，et A1 O11 the macrostructures and properties ofa kind of A1-Mg-Si alloy plate．It is concluded that the heating temperature of a kind of A1-Mg-Si— T6 plate is 525~C-I-2~C，the heat preservation time during quenching is 30 min～70 min，transfer time during quenching less than 30 S，staying time after quenching less than 4 h，the aging temperature is 180℃±5℃ and the a罢jng time is 10 h． Key words：A1-Mg-Si aluminum alloy；plate；solution treatment；aging A1．Mg-Si系铝合金，是以镁和硅为主要合金元 素，以Mg si相为强化相的铝合金，热处理可强化。 该合金具有中等强度，耐蚀性高，无应力腐蚀破裂倾 向，焊接性能良好，成形性和工艺性能良好等优点。 由于具有良好的综合性能，该系合金广泛用于制造 中等强度，而塑性和抗蚀性要求高的飞机零件、大型 结构件以及常温下工作的锻件。本课题主要研究固 溶处理温度、淬火保温时间、淬火转移时间、时效前 停放时间、时效温度、时效保温时间等工艺参数对一 种A1一Mg-Si合金板材的组织及性能的影响，确定最 佳的固溶处理及时效工艺，为生产符合要求的该种 A1．Mg—si．T6板材提供理论依据。 1 试验料选择及生产工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 本试验选择半连续铸轧法生产的一种 A1．Mg-Si 合金铸锭，铸锭的化学成分见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。 试验料的生产工艺流程：熔铸 一均火 一锯切 一 铣面一加热 一热轧一冷轧一热处理一组织、性能检 测 一验收。 表 1 铸锭的化学成分(质量分数／％) 收稿日期：2009—02—12 第一作者简介：于莉莉(1976一)，女，黑龙江绥滨人， 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师。 28 LAFT 轻 合 金 加 工 技 术 2009，Vo1．37，No6 2 试验内容及结果分析 2．1 固溶处理温度的影响 试验条件：淬火温度分别选择 470~C、490％、 510℃、530℃、550cI=；保温时间为 30 rain；淬火转移时 间t ≤30 s；停放时间 t2≤4 h；时效制度为 180~C-I- 5℃10 h。在此试验条件下固溶处理温度对合金材料 组织和性能的影响图 1、图 2及图3。 a一525~c淬火 c一565℃淬火 蛊 日 ● Z 、一 、 世 淬火温度，cc 图 1 淬火温度对力学性能的影响 b-545~C淬火 图2 淬火温度对组织的影响 d-585℃淬火 图 3 淬火温度对组织的影响(TEN照片) 从图1可以看出，随着淬火温度升高，强度和塑 性都有大幅度的增加，当淬火温度为 525~E时，强度 达到极大值，再继续升高温度，强度有所降低，伸长 率增加不明显。说明525~C淬火，强化相已充分固 溶。并且，过高的固溶温度会使组织粗化，材料的综 合性能变差。电导率随淬火温度的升高有下降趋 势，是由于合金固溶处理后，得到溶质原子和空位双 重过饱和的固溶体，使基体晶格产生了较严重的歪 2009，Vo1．37，5t06 轻 合 金 加 工 技 术 LAb'F 29 扭，基体点阵电子散射源的数量和密度增加，导电电 子的平均自由程减小。随淬火温度升高，过饱和固 溶体的浓度越高，晶格歪扭畸变越大，导致电导率下 降。 热处理可强化铝合金的力学性能对晶粒尺寸相 对不敏感，但过大的晶粒对性能仍是不利的。该种 A1一Mg-Si合金在高温下晶粒长大的倾向较大，从图2 的显微组织照片可以看出，淬火温度从525oC升高到 585oC，晶粒有明显的长大，并且在 570~C时出现轻微 过烧迹。温度从565~C升高到585~C，过烧痕迹并没 有明显发展，说明合金中低熔点共晶产物的含量很 少，对组织和性能的影响很小。根据以上分析，该种 A1．Mg-Si合金应限制最高固溶处理温度。 从图3中可以看出，465qC时分布着许多位错环 和位错半，固溶很不充分；525℃时，析出相细小，弥 散；545oC时，析出相与基体的共格关系减弱，无析出 带较宽。 根据以上分析，我们初步选择淬火温度为525℃ ±2℃ 。 2．2 淬火加热保温时间的影响 试验条件：淬火温度为525oC±2c【=；淬火转移时 间t ≤30 s；停放时间 t ≤4 h；时效制度为 180~C± 5~C 10 h。在此试验条件下淬火加热保温时间对合金 材料组织和性能的影响见图4。 从图4可以看出，随着保温时间延长，强度和伸 长率都明显增加。当保温时间达到50min一70rain l吕 高 ● 邑 、 图 4 淬火加热保温时间对力学性能的影响 、 ·《 时，强度和伸长率都达到了极大值，随着时间的延 长，强度和伸长率没有明显的变化。这说明在本试 验条件下，保温时间为50 min～70 min，强化相已充 分固溶。淬火加热保温时间对电导率的影响很小。 2．3 淬火转移时间的影响 试验条件：淬火制度为525℃±2~C30 min；停放 时间 t ≤4 h；时效制度为 180℃士5℃10 h。在此试 验条件下淬火转移时间对合金材料组织和性能的影 响见图5及图6。 320 310 300 290 邑 280 270 260 淬火转移时间／s 图5 淬火转移时间对性能的影响 a一转移时间10s b-转移时间30s c一转移时间60s 图6 淬火转移时间对组织的影响(TEM照片) 分析图5、图6可以看出，在本试验条件下，淬火 转移时间在 10 s～60 s，对强度、伸长率和电导率的 影响不很明显。转移时间为 10 s时，析出相细小而 弥散；30 s时，析出相弥散，但比10 s时有所长大；60 s时，析出相弥散，但与基体的共格关系有所减弱。 该种 A1．Mg-Si合金对转移时间不敏感，但有报道固 溶处理后的冷却速度对无析出带的影响较大，为了 l9 l8 17 l6 15 l4 13 保证材料有最佳的综合性能，淬火时间应尽量缩短。 结合生产实际，淬火转移时间选取 t ≤30 s。 2．4 停放时间的影响 试验条件：淬火制度为 525oC±2℃30 min；淬火 转移时间 t ≤30 s；时效制度为 180℃±5~C10 h。在 此试验条件下检测了停放时间对合金材料组织和性 能的影响，参见图7。 30 LAFF 轻 合 金 加 工 技 术 2009，Vo1．37，No6 停放时间4 h 25 h，力学性能下降明显，在25 h 时达到最低点后趋于稳定；停放更长时间，性能稍有 增加。停放效应与室温停留时产生的 GP区重新溶 解有关。停放时间较长，合金中将形成大量硅的偏 聚团，因而固溶体中溶质元素的浓度大大降低，人工 时效时那些小于临界尺寸的GP区，将重新溶人固溶 体，因而影响了材料的性能；但如果继续延长停放时 B撇 0h 间，则那些小于临界尺寸的 GP区，有可能长大到稳 定的晶核尺寸，因此，使合金的强度有所回升，因此 室温停留的影响又重新减小，但停放时间过长，对材 料的屈服强度有不利影响。停放时间为0时，析出 相细小而弥散；停放4 h时，析出相有长大的趋势，有 无析出带；停放480 h时，析出相与基体未完全脱离 共格，无析出带较宽。 b_停放4h c-停放480h 图7 停放效应对组织的影响(TEM照片) 结合 TEM照片可以得出结论 ，在本试验条件 下，该种 Al—Mg．si合金 T6状态板材，在淬火后停放 时间一般不应超过4 h。 2．5 时效温度的影响 试验条件：淬火制度为 525℃土2~C30 min；淬火 转移时间 t ≤30 s；停放时间 t2≤4 h；时效保温时间 为10 h。在此试验条件下时效温度对合金材料组织 和性能的影响见图 8及图 9。 350 譬30o 目 250 邑 200 150 l00 图 8 时效温度对性能的影响 a-120℃时效 b--180*C时效 c-240℃时效 图9 时效温度对显微组织的影响(TEM照片) 分析图8及图 9，可以看出时效初期，随着时效 温度的升高，强度增加，塑性降低。当温度升高到 180℃时，强度达到极大值。随着温度进一步升高， 强度值出现较明显的下降，表明材料已经过时效。 分析图9，时效温度为120℃时，过饱和固溶体还没有 开始分解，没有强化相质点析出；时效温度为 180~C 时，析出相弥散而细小；时效温度为 24O℃时，析出相 长大，与基体的共格关系减弱。时效温度低时，析出 物以GP区为主，其质点大小与电子波长同数量级， 晶格畸变产生的附加电子散射可使电导率下降。随 30 25 20 15 1O 5 着时效温度的增加，析出物的尺寸增加，运动电子产 生的附加散射减少，电导率呈增加趋势。而且在时 效保温时间相同时，时效温度越高，析出物与基体的 共格关系越弱，共有电子运动越容易，导致电导率值 升高。根据图8和图9，选择时效温度 180％，进行进 一 步研究。 2．6 时效保温时间的影响 试验条件：淬火制度为525~C 4-2~C30 min；淬火 转移时间 t ≤30 s；停放时间 t2≤4 h；时效温度为 180℃4-5~C。在此试验条件下时效保温时间对合金 2009，Vo1．37，No6 轻 合 金 加 工 技 术 LAFTI、 3l 材料组织和性能的影响见图 10及图 】l。 340 百 24o 260 220 200 图 10 时效保温时间对性能的影响 从图 10及图 l1中可以看出，时效时间在 10 h～ 1 2h区间时，强度达到最大值，塑性也较高，完全能 够满足订货的需要。分析图 11中的TEM照片，时效 6 h时，析出相小而弥散，但析出量较少，时效进行得 还不彻底；时效 10 h时，析出相弥散、细密，数量很 多，时效过程基本完成；时效 16 h时，析出相弥散，较 多，但已经明显长大，表明合金已经过时效。随着时 效延长，晶内析出相逐渐由点状弥散状态长大聚集， 与基体的共格关系减弱，使共有电子运动的阻力减 小，电子运动变得容易，电导率值增加。 根据图 11，时效时间定为 10 h。 时效 6h b一时效 1Oh c一时效 16h 图 l1 时效保温时间对组织的影响(TEM照片) 2．7 试验结果验证 2．7．1 力学性能 根据以上分析和试验所确定的生产工艺制度进 行试生产，所得成品板材的力学性能见表 2，达到了 研制的要求。 表 2 成品板材的力学性能 图12 成品板材的拉伸断口SEM照片 2．7．2 断裂韧性 该种Al—Mg．Si合金 T6成品板材 的断裂韧性性能见表 3。从图 l2、13可以看出，常规 拉伸和紧凑拉伸断口形貌是典型的等轴韧窝结构， 由于合金的纯度很高，熔铸时过滤和精炼、除气方法 得当，韧窝中心的夹杂物很少。 图 13 成品板材的紧凑拉伸断口 SEM照片 表 3 成品板材的断裂韧性性能 2．7．3 疲劳试验 低周不对称拉压疲劳试验结果 见表4。 32 LAYY 轻 合 金 加 工 技 术 2009，Vo1．37，No6 表4 低周不对称拉压疲劳试验结果 2．7．4 腐蚀试验 该种AI．Mg-Si合金 成品板材的 晶间腐蚀为“三级”；剥落腐蚀为“P”级。 参见图14。 3 结 论 (1)该种 A1．Mg-Si合金 T6板材淬火加热温度 525~C士2~C；淬火保温时间30 min一70 rain；淬火转 移时间t。≤3O s；淬火后停放时间 t2≤4 h； (2)该种 ．Mg．si合金 T6板材时效温度为 180~C±5~C，时效时间为 10 h。 图 l4 状态 6．0 Inln厚板材晶间腐蚀照片 (3)采用上述工艺可生产出合格的该种A1一Mg-Si 合金 T6板材。 (上接第23页) 高镁铝合金产生剥落腐蚀的原因是因为AJ．Mg合金 中固溶体电位较正(一0．84 V～0．89 V)，而 l3相电位 较负(一1．29 v)，两相间有约0．4 V的电位差。大量 的l3相沿晶形成连续网络成为阳极腐蚀通道。在电 解质作用下，从表面产生点(坑)腐蚀为起点，以8相 网络为阳极腐蚀通道。按照变形纤维组织的特点， 腐蚀便沿着与金属表面大致平行的方向扩展，形成 分层剥落的腐蚀特征。 试验结果表明，不同退火温度对该合金板材剥 落腐蚀性能有着非常明显的影响，低于200℃短时间 退火，剥落腐蚀较重，如图4中a、b；200~C以上退火， 其腐蚀较轻，如图4中C所示。 a-120~C退火 b-160~C退火 c一220℃退火 图4 板材剥落腐蚀照片 3 结 论 (1)确定 5083铝合金 I-I22、H24、H26状态板材的 退火制度：H22状态，退火温度210~C一220℃，保温 时间 1 h；H24状态，退火温度 l6o℃ 一170℃，保温时 间 l h；H26状态，退火温度 100~C～ll0~C，保温时间 1 h (2)板材硬度值与强度值变化规律一致，都是随 退火温度的升高而降低。 (3)低温退火的5083合金板材抗剥落腐蚀性能 一 般，温度高于200~C退火的板材抗剥落腐蚀性能有 所提高。 (4)H24、H26状态板材抗剥落腐蚀性能一般， H22状态板材抗剥落腐蚀性能稍好。