欒興隆 夏松

摘要：本文通過對(duì)鋁合金相組織進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)，探究了固溶處理對(duì)6系鋁合金產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)表明：在一定的溫度和時(shí)間范圍內(nèi)，隨著升高固溶的溫度或者是延長固溶的時(shí)間，一些金屬元素會(huì)逐漸回溶，并且金屬的性能也得到了提高。如果繼續(xù)延長固溶時(shí)間或是提高溫度，6系鋁合金的力學(xué)性能反而會(huì)降低，6系鋁合金變質(zhì)處理后的固溶處理的最佳條件是：溫度480攝氏度，時(shí)間6小時(shí)?。

關(guān)鍵詞：鋁合金;軌道交通;應(yīng)用

1.引言

6系列鋁合金可覆蓋部分復(fù)合鋁帶，應(yīng)用范圍廣泛，如制造空調(diào)、汽車、制氧機(jī)等散熱裝置。6系鋁合金是以鎂和硅為主要合金元素并以Mg2Si相為強(qiáng)化相的鋁合金，屬于熱處理可強(qiáng)化鋁合金。因此，為了提高鋁合金的力學(xué)性能，必須細(xì)化合金組織，從而改善合金的組織和性能。

2.固液處理的基本概念

2.1固液處理概念

固液處理，即通過將金屬加熱到高溫單相區(qū)域并保持恒定溫度，當(dāng)多余的相完全溶解在固液中時(shí)，將其快速冷卻，從而獲得過飽和固溶體。

2.2固液處理的原理

固液處理的目的是溶解基體中的碳化物，使過飽和固溶體均勻化，消除冷熱加工產(chǎn)生的應(yīng)力，使合金再結(jié)晶。其次，通過固液處理可以獲得合適的晶粒尺寸，以保證合金在高溫下的抗蠕變性能。固溶處理溫度約為990-1200℃，根據(jù)各合金的相析出、使用要求和溶解規(guī)律確定。因此，主強(qiáng)化相具有一定的晶粒尺寸。對(duì)于一些長期處于高溫環(huán)境中的合金，要求它們具有良好的蠕變性能和高溫耐久性。在這種情況下，應(yīng)選擇較高的固液溫度，以獲得較大的晶粒尺寸。對(duì)于一些在中溫下使用且要求更好屈服強(qiáng)度、沖擊韌性、室溫硬度、疲勞強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的合金，應(yīng)選擇較低的溫度以確保較小的晶粒尺寸。2.實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)的原材料為6系列鋁合金。在電阻坩堝鍋爐中加熱熔化一定量的6系列鋁合金，以390/min的轉(zhuǎn)速將壓力為0.5MPa的高純氬氣吹入脫氣精煉，持續(xù)15分鐘。然后，熔化后，加入一定量的改性劑re-Ba-sb，攪拌溶液，保溫一段時(shí)間后放入400℃的金屬模中。

改性的具體操作方法是將熔體溫度提高到750℃，將改性劑與固溶體充分混合，保溫60分鐘，然后將溫度降低到710℃，直接澆鑄，熔體在400℃時(shí)均勻流入金屬模具。

在箱式電阻爐中進(jìn)行熱處理時(shí)，低于500℃的加熱速率為每秒4℃，高于500℃的加熱速率為每秒3℃。選擇480-540℃進(jìn)行固溶處理，固溶處理后最后用冷水淬火觀察樣。

3.對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論分析

3.1固溶處理對(duì)6系列鋁合金顯微組織的影響

固溶時(shí)間的長短，決定了固溶強(qiáng)化效果的好壞，同時(shí)也影響生產(chǎn)率和能源的利用效率。固溶保溫時(shí)間的選擇，既要保證能溶入固溶體的強(qiáng)化相充分溶入，以得到最大的過飽和度，又不能引起強(qiáng)化相長大聚集。因此，選擇合適的保溫時(shí)間，也是固溶處理中很重要的環(huán)節(jié)。為了研究固溶時(shí)間對(duì)6系合金顯微組織的影響，所用試樣在相同的固溶溫度525℃，分別保溫5min，10min，20min，40min后出爐快速水淬。這表明添加一些改性劑可以顯著改善鋁合金的微觀組織，進(jìn)一步提高鋁合金的性能。本實(shí)驗(yàn)對(duì)六種系列鋁合金在480-540℃下進(jìn)行6小時(shí)固溶處理，研究不同固溶溫度對(duì)鋁合金組織和力學(xué)性能的影響，以尋找最合適的固溶溫度。在最佳固溶溫度的基礎(chǔ)上，研究了不同固溶時(shí)間對(duì)鋁合金組織和力學(xué)性能的影響，找到了最合適的固溶處理時(shí)間。

3.2固溶處理對(duì)6系列鋁合金性能的影響

固溶處理時(shí)間的長短對(duì)固溶效果、生產(chǎn)率和能源利用率有著決定性的影響。由于溶質(zhì)原子擴(kuò)散需要時(shí)間，固溶體時(shí)間的首選應(yīng)確保所有強(qiáng)化相都能完全溶解到固溶體中以達(dá)到過飽和;但是，一旦保溫時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)化階段大量聚集，對(duì)后續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。因此，固溶處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是選擇合適的保溫時(shí)間。在490℃恒溫環(huán)境下，對(duì)保溫時(shí)間分別為1H、2h、3h、6h和9h的6系列鋁合金進(jìn)行了力學(xué)性能測試，觀察了不同保溫時(shí)間對(duì)合金性能的不同影響。

隨著固溶時(shí)間的延長，6系列鋁合金的延伸率和抗拉強(qiáng)度先升高后降低;當(dāng)固溶時(shí)間為6h時(shí)，6系列鋁合金具有最大的延伸率和抗拉強(qiáng)度。造成這種現(xiàn)象的原因是：固溶時(shí)間短，硅不能完全溶解，合金伸長率低，鋁合金元素沒有完全溶解，導(dǎo)致6系鋁合金缺乏高強(qiáng)度;較長的固溶時(shí)間會(huì)導(dǎo)致硅的晶?；痛只?，過度生長的硅也會(huì)對(duì)基體產(chǎn)生劈裂效應(yīng)，降低6系鋁合金的伸長率，但對(duì)其強(qiáng)度影響不大。

綜上所述，當(dāng)固溶溫度為200℃，固溶處理時(shí)間為6h時(shí)，6系鋁合金的固溶溫度升高，強(qiáng)化相的溶解濃度增加。降低了硅相的尺寸，提高了鋁合金的力學(xué)性能。一旦固溶溫度繼續(xù)升高，硅相的偏析和粗化將降低合金的力學(xué)性能。因此，最佳固溶處理時(shí)效工藝為：固溶溫度490℃，固溶時(shí)間6小時(shí)。固溶溫度對(duì)微觀組織的影響。選定固溶溫度時(shí)應(yīng)考慮到既要使θ相充分地溶解于α相中，又要避免合金中的共晶體發(fā)生熔化，因此固溶處理的溫度總是略低于合金的固相線溫度。本試驗(yàn)采用固溶溫度為：500℃，510℃，525℃，540℃，在保溫5min，10min，20min，40min相同固溶時(shí)間的條件下，進(jìn)行了固溶處理，出爐后速水淬，當(dāng)6系列鋁合金固溶處理時(shí)的高溫強(qiáng)度大于12.54mpa時(shí)，可避免表面起泡的發(fā)生。

結(jié)語

隨著固溶溫度的升高，元素在6系列鋁合金中的溶解濃度逐漸增加，硅相的?；潭戎饾u降低，導(dǎo)致合金力學(xué)性能不斷提高。一旦固溶溫度過高，硅相變得粗糙，導(dǎo)致6系列鋁合金的機(jī)械性能降低。

在固溶處理過程中，隨著時(shí)間的增加，硅會(huì)逐漸產(chǎn)生顆粒，導(dǎo)致合金的力學(xué)性能變得更強(qiáng)并達(dá)到峰值。但是，固溶時(shí)間過長也會(huì)導(dǎo)致硅的過度生長，從而對(duì)6系鋁合金產(chǎn)生劈裂效應(yīng)，降低塑性。

6系列鋁合金最適宜的固溶工藝為：固溶溫度達(dá)到490℃，固溶時(shí)間為6h，在此條件下固溶處理后，改性6系列鋁合金的伸長率和抗拉強(qiáng)度分別為7%和260mpa。

參考文獻(xiàn)

[1]任英磊，金濤，管恒榮，胡壯麒;固溶處理對(duì)1種鎳基單晶高溫合金組織的影響[J];稀有金屬材料與工程;2003年04期

[2]王丹丹，李溪濱，劉如鐵;固溶處理對(duì)鎳-鉻-鉬合金力學(xué)性能的影響及斷口分析[J];粉末冶金材料科學(xué)與工程;2003年04期

[3]李溪濱，王丹丹，劉如鐵，趙福安;固溶處理對(duì)鎳鉻鉬合金力學(xué)性能的影響及斷口分析[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）;2004年03期