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        V元素對6000系鋁合金組織和性能的影響

        2020-09-03 07:19:14孫曉麗
        熱處理技術(shù)與裝備 2020年4期
        關(guān)鍵詞:晶間腐蝕電導(dǎo)率鋁合金

        孫曉麗 ,孫 亮

        (遼寧忠旺集團(tuán)有限公司,遼寧遼陽 111003)

        6000系鋁合金具有良好的熱塑性、耐蝕性以及理想的綜合性能,已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)[1-3]。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,對鋁合金性能的需求也越來越高,現(xiàn)有性能已阻礙6000系鋁合金應(yīng)用的進(jìn)一步擴(kuò)展[4]。V是合金中常見的添加元素,在熔鑄過程中有細(xì)化晶粒的作用[5]。已有研究將V元素加入鋁銅合金,如李元元等[6]研究了V對鋁銅合金力學(xué)性能的影響,證明V可以顯著提高材料強(qiáng)度。但是有關(guān)V元素對6000系鋁合金影響的研究非常少。

        本文研究了V元素對6000系鋁合金組織與性能的影響,并分析其影響機(jī)理,以便為6000系鋁合金實(shí)際生產(chǎn)中V元素的添加使用提供理論指導(dǎo)。

        1 試驗(yàn)方法

        1.1 材料制備

        本文共制備4種不同成分合金,V含量分別為0%、0.1%、0.2%和0.3%,其余元素含量分別為:0.4%~0.8% Si,0.35% Fe,0.3% Cu,0.5% Mn,0.4%~0.7% Mg,0.3% Cr,0.2% Zn, 0.1% Ti。采用半連續(xù)鑄造方法制備鋁合金鑄錠,均勻化熱處理后,在2750T臥式擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓生產(chǎn),鑄錠的均勻化及擠壓參數(shù)見表1。

        型材斷面為壁厚3 mm的矩形,試驗(yàn)材料經(jīng)過180 ℃×6 h時效處理后進(jìn)行組織觀察與性能檢測。

        表1 均勻化和擠壓工藝參數(shù)

        1.2 性能測試

        在AG-X100KN型電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫力學(xué)性能測試,取平行試樣3個;使用AX10型光學(xué)顯微鏡(OM)進(jìn)行顯微組織觀察。晶間腐蝕試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7998—2005要求,工作面積30 mm×30 mm,取平行試樣3個。

        2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        2.1 金相組織

        圖1為不同V含量下擠壓制品的金相組織,可以看出隨著V含量的增加,合金中的大尺寸析出相數(shù)量增加,該析出相為含V的大尺寸析出相[7]。當(dāng)V含量較少時,大部分固溶進(jìn)入基體中,另一部分形成析出相,見圖1(a)、1(b);當(dāng)V含量過多時,見圖1(d),V與其他元素形成大尺寸析出相后,降低了合金元素在Al基體中的固溶度,從而減少了合金中的其他強(qiáng)化相的析出,對合金機(jī)械性能產(chǎn)生不利的影響。

        (a)0% V;(b)0.1% V;(c)0.2% V;(d)0.3% V圖1 不同V含量合金的金相組織Fig.1 Microstructure of alloy with different V content

        2.2 力學(xué)性能

        V元素添加到鋁合金中,能夠增加合金的合金化程度,少量提升材料的力學(xué)性能[8]。圖2為不同V含量6000系合金的拉伸性能,從圖中可以看出隨著V含量的增加,合金的強(qiáng)度略有提升,當(dāng)V含量達(dá)到0.3%時,合金的強(qiáng)度出現(xiàn)下降。合金的強(qiáng)度與組織密切相關(guān),V元素具有細(xì)化晶粒的作用,適當(dāng)?shù)募尤脒€有一定的固溶強(qiáng)化作用。但含量過多會產(chǎn)生大尺寸的析出相,降低了其他合金元素在Al基體中的固溶;同時在拉伸試驗(yàn)過程中變形量增大,大尺寸析出相的增加容易使得裂紋源增加。

        圖2 V含量對合金拉伸性能的影響Fig.2 Effect of V content on tensile properties of alloy

        2.3 電導(dǎo)率

        鋁合金中合金元素的含量與存在形式對電導(dǎo)率影響很大[9]。圖3為不同V含量下合金的電導(dǎo)率,隨著V含量的增加,電導(dǎo)率降低,電導(dǎo)率的變化趨勢與伸長率的變化基本一致。合金電導(dǎo)率下降的原因主要是加入V元素后,合金化引起晶格點(diǎn)陣發(fā)生畸變,電子散射增加,導(dǎo)致電導(dǎo)率出現(xiàn)下降,合金元素的加入還會降低組織的均勻性,也不利于導(dǎo)電[10]。

        2.4 晶間腐蝕性能

        不同V含量鋁合金的晶間腐蝕顯微組織如圖4所示,隨V元素含量的增多,晶間腐蝕敏感性有所增加。不同V含量鋁合金最大腐蝕深度分別為:98.20、128.98、179.71和132.79 μm,當(dāng)V含量為0.2%時晶間腐蝕敏感性最大,V含量為0.1%和0.3%時,腐蝕深度相差不大。加入V元素后晶間腐蝕深度增加,一方面是因?yàn)榧尤牒笪龀鱿嗟臄?shù)量增加,析出相在腐蝕初期電化學(xué)活性高于基體,在腐蝕介質(zhì)的作用下作為陽極被優(yōu)先腐蝕;另一方面是因?yàn)閂元素具有一定細(xì)化晶粒的作用,導(dǎo)致合金的晶界及亞晶界增多,腐蝕的萌生位置和擴(kuò)展通道更多,增大了合金的腐蝕敏感性。

        圖3 V含量對合金電導(dǎo)率的影響Fig.3 Effect of V content on electrical conductivity of alloy

        (a)0% V;(b)0.1% V;(c)0.2% V;(d)0.3% V圖4 V含量對合金晶間腐蝕的影響Fig.4 Effect of V content on intergranular corrosion of alloy

        3 結(jié)論

        1)隨著V含量的增加,合金中大尺寸析出相數(shù)量有所增加;

        2)當(dāng)V含量為0.2%時,力學(xué)性能最佳,此時抗拉強(qiáng)度為320 MPa,屈服強(qiáng)度為294 MPa;

        3)合金中加入V元素會提高合金晶間腐蝕敏感性,晶間腐蝕敏感性隨V含量的增加呈先上升后降低的趨勢,在V含量為0.2%時腐蝕深度最大為179.71 μm。

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