固溶处理对Al-Si-Mg-Cu-Ti-Sc合金组织与性能的影响
【图文】：
HotWorkingTechnology2015,Vol.44,No.24100μm(e)550℃(f)560℃(c)530℃(d)540℃(a)铸态(b)520℃图1合金在不同温度下固溶处理6h后的显微组织Fig.1Microstructureofalloysolution-treatedatdifferenttemperaturesfor6h100μm100μm100μm100μm100μm1.2实验方法以工业高纯Al(99.99%，质量分数，下同)、Al-2.02%Sc中间合金、Al-21.54%Si中间合金、Al-50.38%Mg中间合金、Al-39.97%Cu中间合金和Al-3.93%Ti中间合金为实验原料，在SG2-5-10石墨坩埚电阻炉中熔炼，熔炼温度720～750℃，熔炼采用专用覆盖剂覆盖，六氯乙烷(C2Cl6)精炼除气。采用金属型模具浇注，浇注温度700～715℃，制备了Al-3.0Si-0.45Mg-0.45Cu-0.15Ti-0.2Sc合金。实验合金分别在不同固溶温度(520、530、540、550和560℃)保温6h后水淬，水温60～90℃，淬火转移时间小于20s。铸态和不同固溶处理温度后的组织在MR5000金相显微镜下观察和分析，样品采用0.5%HF腐蚀液侵蚀。拉伸试棒由金属型模具浇注制得，将经过不同固溶处理温度及随后时效处理(160℃保温4h)的拉伸试棒在万能实验机上进行拉伸，拉伸速度2mm/min。拉伸试样断口形貌采用JSM-6490LV钨灯丝扫描电镜进行观察。硬度通过HBV-30A布维硬度计进行测试。2实验结果与分析2.1固溶温度对合金组织的影响图1为Al-3.0Si-0.45Mg-0.45Cu-0.15Ti-0.2Sc合金的铸态组织和在不同温度下固溶处理6h后的显微组织。由图1(a)可看出，含Sc合金铸态组织树枝晶几乎消失，晶粒趋向于等轴状。由文献[9]可知，Sc在铝合金形成弥散细小的析出相Al3Sc，成为良好的非均质晶核，起到显著的细化效果，且Sc和Ti联合作用细化作用更加明显。共晶Si也沿着晶界呈均匀连续分布，这是因为Sc的添加可改善共晶Si的形貌[10]
《热加工工艺》2015年12月第44卷第24期图2不同固溶温度下合金抗拉强度及断后伸长率Fig.2Tensilepropertiesofalloysolution-treatedatdifferenttemperatures11010510095908580520530540550560固溶温度/℃硬度(HBS)图3不同固溶温度下合金的硬度Fig.3Hardnessofalloysolution-treatedatdifferenttemperatures82.295.5106.293.388.4Sc、Cu等元素在α-Al基体中的扩散与溶解。固溶处理可以在较高的单相区温度下固溶分解这些元素，而急速淬火能形成含有这些元素的过饱和固溶体，在随后的时效过程中，这些第二相会从固溶体以弥散细小的质点形式析出，从而提高合金的强度[12-13]。本合金Si含量较高，Si元素在α-Al固溶体中的溶解有限，固溶处理后会在合金基体中析出一些过剩的Si相粒子(由图1可看出)。随固溶温度的升高，Si相发生了较大的变化，圆整度上升，纵横比减小，Si颗粒形貌改善，有助于抗拉强度的提高，但固溶温度进一步提高，Si相长大粗化，其形貌开始恶化，不利于强度的提升，这与图2中合金抗拉强度的变化趋势是一致的。固溶处理温度的变化对本合金塑性的影响较为显著。当固溶处理温度在520～540℃变化时，合金断后伸长率从10.6%上升到14.6%，，塑性明显提高。当固溶温度高于540℃时，合金断后伸长率明显下降，表明合金塑性开始变差。这是因为，本实验合金的塑性与硬脆相Si相的尺寸大孝球化程度紧密相连，在外力的作用下，Si相形貌越好，与基体的协调变形性也越好，阻止裂纹萌生、扩展的阻力也会随之增强，从而使合金的塑性提高。当合金的固溶处理温度继续升高时，硬脆相Si颗粒将会加快长大聚集而不断粗化，Si颗粒的形貌变得恶化而降低合金的塑性。所以在520～560℃固溶时，合金
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