固溶處理對Al-Si-Mg-Cu-Ti-Sc合金組織與性能的影響
【圖文】：
HotWorkingTechnology2015,Vol.44,No.24100μm(e)550℃(f)560℃(c)530℃(d)540℃(a)鑄態(tài)(b)520℃圖1合金在不同溫度下固溶處理6h后的顯微組織Fig.1Microstructureofalloysolution-treatedatdifferenttemperaturesfor6h100μm100μm100μm100μm100μm1.2實驗方法以工業(yè)高純Al(99.99%，質(zhì)量分數(shù)，下同)、Al-2.02%Sc中間合金、Al-21.54%Si中間合金、Al-50.38%Mg中間合金、Al-39.97%Cu中間合金和Al-3.93%Ti中間合金為實驗原料，在SG2-5-10石墨坩堝電阻爐中熔煉，熔煉溫度720～750℃，熔煉采用專用覆蓋劑覆蓋，六氯乙烷(C2Cl6)精煉除氣。采用金屬型模具澆注，澆注溫度700～715℃，制備了Al-3.0Si-0.45Mg-0.45Cu-0.15Ti-0.2Sc合金。實驗合金分別在不同固溶溫度(520、530、540、550和560℃)保溫6h后水淬，水溫60～90℃，淬火轉移時間小于20s。鑄態(tài)和不同固溶處理溫度后的組織在MR5000金相顯微鏡下觀察和分析，樣品采用0.5%HF腐蝕液侵蝕。拉伸試棒由金屬型模具澆注制得，將經(jīng)過不同固溶處理溫度及隨后時效處理(160℃保溫4h)的拉伸試棒在萬能實驗機上進行拉伸，拉伸速度2mm/min。拉伸試樣斷口形貌采用JSM-6490LV鎢燈絲掃描電鏡進行觀察。硬度通過HBV-30A布維硬度計進行測試。2實驗結果與分析2.1固溶溫度對合金組織的影響圖1為Al-3.0Si-0.45Mg-0.45Cu-0.15Ti-0.2Sc合金的鑄態(tài)組織和在不同溫度下固溶處理6h后的顯微組織。由圖1(a)可看出，含Sc合金鑄態(tài)組織樹枝晶幾乎消失，晶粒趨向于等軸狀。由文獻[9]可知，Sc在鋁合金形成彌散細小的析出相Al3Sc，成為良好的非均質(zhì)晶核，起到顯著的細化效果，且Sc和Ti聯(lián)合作用細化作用更加明顯。共晶Si也沿著晶界呈均勻連續(xù)分布，這是因為Sc的添加可改善共晶Si的形貌[10]
《熱加工工藝》2015年12月第44卷第24期圖2不同固溶溫度下合金抗拉強度及斷后伸長率Fig.2Tensilepropertiesofalloysolution-treatedatdifferenttemperatures11010510095908580520530540550560固溶溫度/℃硬度(HBS)圖3不同固溶溫度下合金的硬度Fig.3Hardnessofalloysolution-treatedatdifferenttemperatures82.295.5106.293.388.4Sc、Cu等元素在α-Al基體中的擴散與溶解。固溶處理可以在較高的單相區(qū)溫度下固溶分解這些元素，而急速淬火能形成含有這些元素的過飽和固溶體，在隨后的時效過程中，這些第二相會從固溶體以彌散細小的質(zhì)點形式析出，從而提高合金的強度[12-13]。本合金Si含量較高，Si元素在α-Al固溶體中的溶解有限，固溶處理后會在合金基體中析出一些過剩的Si相粒子(由圖1可看出)。隨固溶溫度的升高，Si相發(fā)生了較大的變化，圓整度上升，縱橫比減小，Si顆粒形貌改善，有助于抗拉強度的提高，但固溶溫度進一步提高，Si相長大粗化，其形貌開始惡化，不利于強度的提升，這與圖2中合金抗拉強度的變化趨勢是一致的。固溶處理溫度的變化對本合金塑性的影響較為顯著。當固溶處理溫度在520～540℃變化時，合金斷后伸長率從10.6%上升到14.6%，，塑性明顯提高。當固溶溫度高于540℃時，合金斷后伸長率明顯下降，表明合金塑性開始變差。這是因為，本實驗合金的塑性與硬脆相Si相的尺寸大孝球化程度緊密相連，在外力的作用下，Si相形貌越好，與基體的協(xié)調(diào)變形性也越好，阻止裂紋萌生、擴展的阻力也會隨之增強，從而使合金的塑性提高。當合金的固溶處理溫度繼續(xù)升高時，硬脆相Si顆粒將會加快長大聚集而不斷粗化，Si顆粒的形貌變得惡化而降低合金的塑性。所以在520～560℃固溶時，合金
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