王 琪

（龍口市叢林鋁材有限公司，龍口265705）

0 前言

6005A合金屬于熱處理可強(qiáng)化鋁合金，具有良好的焊接性能、耐腐蝕性以及較好的加工特性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域[1]。

均勻化熱處理是鋁合金材料擠壓前的一道關(guān)鍵流程，它對后期的擠壓工藝、熱處理工藝及型材的機(jī)械性能都有非常大的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中由于鑄錠均勻化處理工藝不合理，會導(dǎo)致擠壓型材的強(qiáng)度偏低，并嚴(yán)重影響制品的表面質(zhì)量[2-3]。本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，對6005A合金鑄棒的均勻化熱處理工藝進(jìn)行研究。結(jié)果表明，通過采用空冷+強(qiáng)風(fēng)冷+水冷的三級冷卻以及延長第二級均勻化時(shí)間的新工藝，可增強(qiáng)鑄棒的均勻化熱處理效果。

1 原均勻化熱處理工藝基本情況

選取直徑為510 mm 的鑄棒以現(xiàn)行均勻化制度進(jìn)行處理，分析評價(jià)其均勻化效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)鑄棒的非平衡相溶解、枝晶網(wǎng)絡(luò)消除和元素分布均勻性都達(dá)到了較高的水平，但AlFeSi相的轉(zhuǎn)變程度等方面仍然處在初級水平。也就是說，現(xiàn)行均勻化制度只滿足了均勻化處理的基本要求，對均勻化處理的高級要求則有待進(jìn)一步提高[4]。

原工藝下的均勻化效果如表1所示。

表1 原工藝下的均勻化效果

2 均勻化工藝優(yōu)化及其結(jié)果分析

2.1 優(yōu)化方案

在原均勻化工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行如下優(yōu)化：在210 min 內(nèi)升溫至580 ℃，保溫220 min，然后在9 min 內(nèi)快速降溫至540 ℃，保溫150 min，再于40 min 內(nèi)升溫至575℃，保溫340 min。冷卻制度為：出爐自然冷卻20 min，后入爐強(qiáng)風(fēng)冷卻150 min，再調(diào)水壓至0.05～0.1 MPa水冷75 min。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 非平衡相溶解

圖1可知，原工藝和新工藝下的組織中均還有白色條狀的第二相殘存，但呈樹枝狀、魚骨狀等形狀的非平衡共晶相已基本不可見，表明這兩種工藝都可以使510 mm鑄棒達(dá)到非平衡相溶解完全的指標(biāo)。

2.2.2 枝晶網(wǎng)絡(luò)消除

由于鑄造冷卻的原因，鑄棒都會出現(xiàn)樹枝晶組織，而均勻化處理就是要消除這種組織。如圖2所示，原工藝下組織中仍出現(xiàn)較為輕微的枝晶形態(tài)（箭頭處），而新工藝下晶粒輪廓分明，晶界平直，枝晶組織基本完全消失，達(dá)到均勻化處理要求。

圖2 兩種工藝下枝晶網(wǎng)絡(luò)消溶情況

2.2.3 元素分布

由于鑄造冷卻強(qiáng)度大，元素來不及擴(kuò)散均勻便凝固了，導(dǎo)致元素偏析嚴(yán)重。經(jīng)均勻化處理后，兩種均勻化工藝下晶內(nèi)元素的分布趨于均勻，如圖3所示。

圖3 兩種工藝下元素分布情況

2.2.4 AlFeSi相轉(zhuǎn)變

對AlFeSi相進(jìn)行均勻化處理的最終理想效果是使細(xì)長、針狀β（AlFeSi）相盡可能多的轉(zhuǎn)變?yōu)閴K狀或球狀α（AlFeSi）相。因?yàn)棣拢ˋlFeSi）相熔點(diǎn)高，質(zhì)硬而脆，在隨后的擠壓過程中不易因變形而破碎，在應(yīng)力作用下易引起應(yīng)力集中，對疲勞性能、折彎性能不利；而α（AlFeSi）相雖熔點(diǎn)高，但相對易變形，對材料整體性能的危害相對較小[5]。

由于β（AlFeSi）相的Fe/Si約為1，而α（AlFeSi）相的Fe/Si比約為2，該比值越接近2，β（AlFeSi）相轉(zhuǎn)化越徹底。因此常將Fe（Mn）/Si 用作AlFeSi 相轉(zhuǎn)變程度大小的一種側(cè)面反映。

圖4 兩種工藝下AlFeSi相的轉(zhuǎn)變情況

大量統(tǒng)計(jì)計(jì)算表明，新工藝下Fe（Mn）/Si 比絕大多數(shù)處在1.5～2 之間，普遍高于原工藝下的Fe(Mn）/Si比值。由此可以說明，新工藝更有利于促進(jìn)AlFeSi相的轉(zhuǎn)變，更有利于型材優(yōu)良疲勞性能和彎曲性能的發(fā)揮[6]。

3 結(jié)論

（1）新工藝與原工藝在非平衡相溶解、元素分布均勻性這兩項(xiàng)均勻化指標(biāo)上所達(dá)到的效果基本相當(dāng)，且滿足指標(biāo)要求。

（2）新工藝下，鑄棒中心部位的枝晶網(wǎng)絡(luò)消除更為徹底，而原工藝下仍有輕微殘留，新工藝較原工藝對枝晶網(wǎng)絡(luò)的消除效果更好。

（3）確定6005A 合金鑄棒新的均勻化工藝為：210 min 升 溫 至580 ℃×220 min + 9 min 降 溫 至540 ℃×150 min+40 min 升溫至575 ℃×340 min；冷卻制度為：出爐自然冷卻20 min，后入爐強(qiáng)風(fēng)冷卻150 min，再調(diào)水壓至0.05～0.1 MPa水冷75 min。