尹华成
新疆众和股份有限公司 新疆 乌鲁木齐 830013
摘要：6系铝合金主要成分含量是镁，硅，合金的性质决定了其熔体流动性较高，铸造性能较好，属于热处理可强化金属，但铸态的6系合金圆铸锭存在铸造应力，非平衡结晶引起的晶粒内化学成分不均匀等问题。因此6系铝合金圆铸锭在挤压前一般均要进行均匀化退火，以消除铸造应力和成分不均匀的缺陷。其中以6060合金为例，借助金相显微组织观察、力学性能测试等测试分析手段，研究合理的均匀化处理工艺对6060铝合金铸态显微组织和力学性能的影响，提高均匀化效率，确保铝合金圆铸锭内在质量起重要的意义。
关键词：6060铝合金；均匀化处理；金相组织；
1 引言
铝合金具有加工性能极佳、良好的抗腐蚀性、氧化效果优良等特点得以广泛应用。我司生产的6060铝合金圆铸锭，采用半连续铸造生产，由于冷却，铸造速度等影响，结晶速度快，铸锭的晶粒内部化学成分是不均匀的，先结晶的部分合金浓度偏低，后结晶的部分浓度偏高，存在晶内偏析，同时铸造过程中产生的内应力，若直接进行加工容易产生开裂的缺陷，本研究旨在寻找最佳的均匀化退火工艺，改善产品质量的目的。
2 试验用材料化学成分控制
6060合金主要强化相为α（Al）和Mg2Si，其中Mg与Si的重量比为1.73。杂质相有Fe2SiAl8、FeSiAl5、FeAl3，Fe2SiAl8、FeSiAl5对材料强度有少量提高，FeAl3可起到细化再结晶晶粒的作用。合金中还含有少量的Cu（0.1%）和Cr（0.05%）。Cu可提高强度，但是降低了材料的抗腐蚀性能，故加入Cr以抵消Cu对抗蚀性的不良影响。为保证力学性能符合要求，同时考虑化学成分控制的准确性，将强化相元素按上限控制，即Mg按0.50%Si按0.45%控制。合金中加入Fe的目的是使过剩的Si与Fe形成杂质相，避免过剩Si降低材料延伸率并防止铸锭裂纹倾向增大。
为保证力学性能符合要求，同时考虑化学成分控制的准确性，将强化相元素按上限控制，即Mg按0.50%Si按0.45%控制。合金中加入Fe的目的是使过剩的Si与Fe形成杂质相，避免过剩Si降低材料延伸率并防止铸锭裂纹倾向增大。
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3 熔体净化及均匀化处理
在铝合金的熔铸过程中，不可避免地存在疏松、气孔及夹杂物等冶金缺陷，直接影响到铝合金产品的强度、塑性变形及材料最终的使用性能等。因此必须对铝合金熔体采用合理的净化处理技术以提高熔体纯净度，消除或减少材料的冶金缺陷。
目前，熔体净化的方法有许多种。其中，过滤法以其高孔隙率和低成本被大部分厂家使用。采用陶瓷过滤板过滤铝熔体，既可提高熔体及铸锭清洁度，从而提高材料加工后的光洁度及表面质量，又可增加材料的强度和延伸率，改善加工性能。
3.1 圆铸锭铸态的金相检测
从未经过均匀化处理的直径120mm的6060合金圆铸锭上取样。通过线锯切取得长宽厚50*45*25mm的样块，经过腐蚀，精磨，抛光，再进行金相显微组织观察如下图所示：
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3.2 6060合金圆铸锭均匀化处理试验
从从未经过均匀化处理的直径120mm的6060合金圆铸锭上取三组样。6060铝合金的均匀化退火温度在545-580℃，实际温度选择会在中线偏下（过高容易产生过烧的问题），此次实验选择分别在550、560℃，经过一定时间的保温，然后快速冷却至室温，再分别进行取样进行金相检测，具体方案如下所示：
项目 退火温度℃ 退火时间h
方案1 550 1
方案2 550 2
方案3 560 1
方案4 560 2
将经熔体净化后的铸锭按表2中的工艺制度进行均匀化处理，使铸造时形成的不平衡相溶解，消除其枝晶偏析、非平衡相溶解和过饱和的过渡元素沉淀，溶质的浓度逐渐均匀化，以提高材料的塑性和力学性能的各向同性，从而改善挤压工艺性能。
4 结果与分析
经过不同均匀化热处理的4组样片金相结果如下图4-1，4-2，4-3，4-4所示：
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由图4-1，4-2可以看出均匀化退火温度在550℃，晶界清晰，偏析严重，未达到均匀化的目的，从图4-3，4-4可以看出，晶界模糊，枝状晶、片状晶已消除，说明Mg2Si强化相已经固溶与α（Al）相中，达到了组织及成分均匀，但结合生产效率可以选择匀化退火温度560℃，退火保温时间1h,该工艺基本满足挤压加工性能要求。
5 结论
（1）要保证6060合金力学性能要求，化学成份应按中上限控制，并控制Mg、Si含量，防止Si元素过剩增大材料生产过程中的裂纹倾向。
（2）6060铝合金圆铸锭采用均匀化退火温度560℃保温1 h的均匀化退火工艺处理后，铸锭晶内化学成分均匀，组织达到或接近平衡状态，提高了铸锭的塑性，从而达到了提高挤压速度，改善挤出型材表面质量的目的。
参考文献：
[1] 王祝堂，田荣璋．铝合金及其加工手册[M]，长沙：中南大学出版社，2000．
[2] 刘洋．铝合金应力腐蚀开裂的研究进展明．北京联合大学学报，2006，20(1)：31—35．
[3] GB／T 3190—1996，变形铝及铝合金化学成分[s]