铝合金不同固溶热处理对力学性能的影响

栾兴隆 夏松

摘要：本文通过对铝合金相组织进行观察和实验，探究了固溶处理对6系铝合金产生的影响。实验表明：在一定的温度和时间范围内，随着升高固溶的温度或者是延长固溶的时间，一些金属元素会逐渐回溶，并且金属的性能也得到了提高。如果继续延长固溶时间或是提高温度，6系铝合金的力学性能反而会降低，6系铝合金变质处理后的固溶处理的最佳条件是：温度480摄氏度，时间6小时 。

关键词：铝合金;轨道交通;应用

1.引言

6系列铝合金可覆盖部分复合铝带，应用范围广泛，如制造空调、汽车、制氧机等散热装置。6系铝合金是以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金，属于热处理可强化铝合金。因此，為了提高铝合金的力学性能，必须细化合金组织，从而改善合金的组织和性能。

2.固液处理的基本概念

2.1固液处理概念

固液处理，即通过将金属加热到高温单相区域并保持恒定温度，当多余的相完全溶解在固液中时，将其快速冷却，从而获得过饱和固溶体。

2.2固液处理的原理

固液处理的目的是溶解基体中的碳化物，使过饱和固溶体均匀化，消除冷热加工产生的应力，使合金再结晶。其次，通过固液处理可以获得合适的晶粒尺寸，以保证合金在高温下的抗蠕变性能。固溶处理温度约为990-1200℃，根据各合金的相析出、使用要求和溶解规律确定。因此，主强化相具有一定的晶粒尺寸。对于一些长期处于高温环境中的合金，要求它们具有良好的蠕变性能和高温耐久性。在这种情况下，应选择较高的固液温度，以获得较大的晶粒尺寸。对于一些在中温下使用且要求更好屈服强度、冲击韧性、室温硬度、疲劳强度和抗拉强度的合金，应选择较低的温度以确保较小的晶粒尺寸。2.实验过程

本实验的原材料为6系列铝合金。在电阻坩埚锅炉中加热熔化一定量的6系列铝合金，以390/min的转速将压力为0.5MPa的高纯氩气吹入脱气精炼，持续15分钟。然后，熔化后，加入一定量的改性剂re-Ba-sb，搅拌溶液，保温一段时间后放入400℃的金属模中。

改性的具体操作方法是将熔体温度提高到750℃，将改性剂与固溶体充分混合，保温60分钟，然后将温度降低到710℃，直接浇铸，熔体在400℃时均匀流入金属模具。

在箱式电阻炉中进行热处理时，低于500℃的加热速率为每秒4℃，高于500℃的加热速率为每秒3℃。选择480-540℃进行固溶处理，固溶处理后最后用冷水淬火观察样。

3.对实验结果进行讨论分析

3.1固溶处理对6系列铝合金显微组织的影响

固溶时间的长短，决定了固溶强化效果的好坏，同时也影响生产率和能源的利用效率。固溶保温时间的选择，既要保证能溶入固溶体的强化相充分溶入，以得到最大的过饱和度，又不能引起强化相长大聚集。因此，选择合适的保温时间，也是固溶处理中很重要的环节。为了研究固溶时间对6系合金显微组织的影响，所用试样在相同的固溶温度525℃，分别保温5min，10min，20min，40min后出炉快速水淬。这表明添加一些改性剂可以显著改善铝合金的微观组织，进一步提高铝合金的性能。本实验对六种系列铝合金在480-540℃下进行6小时固溶处理，研究不同固溶温度对铝合金组织和力学性能的影响，以寻找最合适的固溶温度。在最佳固溶温度的基础上，研究了不同固溶时间对铝合金组织和力学性能的影响，找到了最合适的固溶处理时间。

3.2固溶处理对6系列铝合金性能的影响

固溶处理时间的长短对固溶效果、生产率和能源利用率有着决定性的影响。由于溶质原子扩散需要时间，固溶体时间的首选应确保所有强化相都能完全溶解到固溶体中以达到过饱和;但是，一旦保温时间过长，会导致强化阶段大量聚集，对后续反应产生不利影响。因此，固溶处理的关键环节是选择合适的保温时间。在490℃恒温环境下，对保温时间分别为1H、2h、3h、6h和9h的6系列铝合金进行了力学性能测试，观察了不同保温时间对合金性能的不同影响。

随着固溶时间的延长，6系列铝合金的延伸率和抗拉强度先升高后降低;当固溶时间为6h时，6系列铝合金具有最大的延伸率和抗拉强度。造成这种现象的原因是：固溶时间短，硅不能完全溶解，合金伸长率低，铝合金元素没有完全溶解，导致6系铝合金缺乏高强度;较长的固溶时间会导致硅的晶粒化和粗化，过度生长的硅也会对基体产生劈裂效应，降低6系铝合金的伸长率，但对其强度影响不大。

综上所述，当固溶温度为200℃，固溶处理时间为6h时，6系铝合金的固溶温度升高，强化相的溶解浓度增加。降低了硅相的尺寸，提高了铝合金的力学性能。一旦固溶温度继续升高，硅相的偏析和粗化将降低合金的力学性能。因此，最佳固溶处理时效工艺为：固溶温度490℃，固溶时间6小时。固溶温度对微观组织的影响。选定固溶温度时应考虑到既要使θ相充分地溶解于α相中，又要避免合金中的共晶体发生熔化，因此固溶处理的温度总是略低于合金的固相线温度。本试验采用固溶温度为：500℃，510℃，525℃，540℃，在保温5min，10min，20min，40min相同固溶时间的条件下，进行了固溶处理，出炉后速水淬，当6系列铝合金固溶处理时的高温强度大于12.54mpa时，可避免表面起泡的发生。

结语

随着固溶温度的升高，元素在6系列铝合金中的溶解浓度逐渐增加，硅相的粒化程度逐渐降低，导致合金力学性能不断提高。一旦固溶温度过高，硅相变得粗糙，导致6系列铝合金的机械性能降低。

在固溶处理过程中，随着时间的增加，硅会逐渐产生颗粒，导致合金的力学性能变得更强并达到峰值。但是，固溶时间过长也会导致硅的过度生长，从而对6系铝合金产生劈裂效应，降低塑性。

6系列铝合金最适宜的固溶工艺为：固溶温度达到490℃，固溶时间为6h，在此条件下固溶处理后，改性6系列铝合金的伸长率和抗拉强度分别为7%和260mpa。

参考文献

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