V元素对6000系铝合金组织和性能的影响

孙晓丽 ，孙 亮

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳 111003)

6000系铝合金具有良好的热塑性、耐蚀性以及理想的综合性能，已被广泛应用于各行各业[1-3]。随着现代工业的发展，对铝合金性能的需求也越来越高，现有性能已阻碍6000系铝合金应用的进一步扩展[4]。V是合金中常见的添加元素，在熔铸过程中有细化晶粒的作用[5]。已有研究将V元素加入铝铜合金，如李元元等[6]研究了V对铝铜合金力学性能的影响，证明V可以显著提高材料强度。但是有关V元素对6000系铝合金影响的研究非常少。

本文研究了V元素对6000系铝合金组织与性能的影响，并分析其影响机理，以便为6000系铝合金实际生产中V元素的添加使用提供理论指导。

1 试验方法

1.1 材料制备

本文共制备4种不同成分合金，V含量分别为0%、0.1%、0.2%和0.3%，其余元素含量分别为：0.4%～0.8% Si，0.35% Fe，0.3% Cu，0.5% Mn，0.4%～0.7% Mg，0.3% Cr，0.2% Zn， 0.1% Ti。采用半连续铸造方法制备铝合金铸锭，均匀化热处理后，在2750T卧式挤压机进行挤压生产，铸锭的均匀化及挤压参数见表1。

型材断面为壁厚3 mm的矩形，试验材料经过180 ℃×6 h时效处理后进行组织观察与性能检测。

表1 均匀化和挤压工艺参数

1.2 性能测试

在AG-X100KN型电子万能试验机上进行室温力学性能测试，取平行试样3个；使用AX10型光学显微镜(OM)进行显微组织观察。晶间腐蚀试验按照标准GB/T 7998—2005要求，工作面积30 mm×30 mm，取平行试样3个。

2 试验结果及分析

2.1 金相组织

图1为不同V含量下挤压制品的金相组织，可以看出随着V含量的增加，合金中的大尺寸析出相数量增加，该析出相为含V的大尺寸析出相[7]。当V含量较少时，大部分固溶进入基体中，另一部分形成析出相，见图1(a)、1(b)；当V含量过多时，见图1(d)，V与其他元素形成大尺寸析出相后，降低了合金元素在Al基体中的固溶度，从而减少了合金中的其他强化相的析出，对合金机械性能产生不利的影响。

(a)0% V；(b)0.1% V；(c)0.2% V；(d)0.3% V图1 不同V含量合金的金相组织Fig.1 Microstructure of alloy with different V content

2.2 力学性能

V元素添加到铝合金中，能够增加合金的合金化程度，少量提升材料的力学性能[8]。图2为不同V含量6000系合金的拉伸性能，从图中可以看出随着V含量的增加，合金的强度略有提升，当V含量达到0.3%时，合金的强度出现下降。合金的强度与组织密切相关，V元素具有细化晶粒的作用，适当的加入还有一定的固溶强化作用。但含量过多会产生大尺寸的析出相，降低了其他合金元素在Al基体中的固溶；同时在拉伸试验过程中变形量增大，大尺寸析出相的增加容易使得裂纹源增加。

图2 V含量对合金拉伸性能的影响Fig.2 Effect of V content on tensile properties of alloy

2.3 电导率

铝合金中合金元素的含量与存在形式对电导率影响很大[9]。图3为不同V含量下合金的电导率，随着V含量的增加，电导率降低，电导率的变化趋势与伸长率的变化基本一致。合金电导率下降的原因主要是加入V元素后，合金化引起晶格点阵发生畸变，电子散射增加，导致电导率出现下降，合金元素的加入还会降低组织的均匀性，也不利于导电[10]。

2.4 晶间腐蚀性能

不同V含量铝合金的晶间腐蚀显微组织如图4所示，随V元素含量的增多，晶间腐蚀敏感性有所增加。不同V含量铝合金最大腐蚀深度分别为：98.20、128.98、179.71和132.79 μm，当V含量为0.2%时晶间腐蚀敏感性最大，V含量为0.1%和0.3%时，腐蚀深度相差不大。加入V元素后晶间腐蚀深度增加，一方面是因为加入后析出相的数量增加，析出相在腐蚀初期电化学活性高于基体，在腐蚀介质的作用下作为阳极被优先腐蚀；另一方面是因为V元素具有一定细化晶粒的作用，导致合金的晶界及亚晶界增多，腐蚀的萌生位置和扩展通道更多，增大了合金的腐蚀敏感性。

图3 V含量对合金电导率的影响Fig.3 Effect of V content on electrical conductivity of alloy

(a)0% V；(b)0.1% V；(c)0.2% V；(d)0.3% V图4 V含量对合金晶间腐蚀的影响Fig.4 Effect of V content on intergranular corrosion of alloy

3 结论

1)随着V含量的增加，合金中大尺寸析出相数量有所增加；

2)当V含量为0.2%时，力学性能最佳，此时抗拉强度为320 MPa，屈服强度为294 MPa；

3)合金中加入V元素会提高合金晶间腐蚀敏感性，晶间腐蚀敏感性随V含量的增加呈先上升后降低的趋势，在V含量为0.2%时腐蚀深度最大为179.71 μm。