摘要：本文研究了某铝型材生产企业在建筑用6063铝合金实际生产生产中为避免在线固溶导致铝型材变形，应用较低淬火强度风淬来固溶处理后进行人工时效的效果。并与高淬火强度水淬处理的样品对比，研究不同淬火强度下人工时效后的铝合金时效性能变化以及对微观组织形貌影响。研究发现在6063铝合金较低淬火强度风淬过程中，铝基体中易析出较大的析出相，并且由于基体中溶质元素的过饱和度下降导致人工时效强化相析出较差，时效强化效果不佳。结果表明，该厂目前的生产条件下，6063铝合金风淬后人工时效的型材性能不够理想，需进一步改造风淬设备来提高合金的力学性能。
关键词：铝合金；淬火强度；时效强化
前言：
建筑用6063铝合金作为一种典型可热处理强化铝合金，不仅有良好的力学综合性能，而且具有优秀的抗腐蚀性能以及易于挤压塑性加工等优点，广泛应用于建筑用型材和机械结构件等方面。6063铝合金的基本处理工艺为：铸锭均匀化热处理→挤压加工→固溶淬火→人工时效。目前，出于成本控制、型材成型质量等方面的因素考虑，在某铝型材生产企业在实际工业生产中，在固溶淬火时使用较低淬火强度的风淬，而风淬的在线固溶效果效果不稳定。本文目的旨在通过对比风淬与水淬的铝合金时效后性能以及微观组织结构，进一步了解风淬对该厂生产6063铝合金性能的影响，以期为生产改良提供帮助。
1 实验方案
标准6063铝合金成分如表 1所示，圆铸锭铸造过程中加入了Al5TiB细化剂，用来细化晶粒改善组织提高综合性能。在铸锭均匀化热处理之后，挤压加工成厚度约为2.5mm的板材，挤压出口温度为510~540℃，已达到6063铝合金的固溶温度工艺要求。1#样品为挤压后未进行任何人为冷却，室温条件下空冷；2#样品为在某铝型材生产企业生产现场热挤后直接在使用现场设备进行冷却风淬火，后经人工时效处理。3#样品则重新进行540℃/40min保温，水淬固溶处理后人工时效。2#、3#样品的人工时效制度均为170℃/8H。不同工艺条件对比表见表2。
表1 6063铝合金的化学成分(质量分数/％)
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实验各组试样在处理之后制成标准试样（符合GB/T228-1987规范）后，在CSS-44100型万能材料试验机上进行拉伸试验获得拉伸力学性能数据，拉伸速度为2mm/min,每组参与拉伸试验的试样个数均为8个。
本文金相观察实验截取试样面为轧制方向侧面，在完成镶样、磨光、抛光、腐蚀之后，采用Leica DM ILM HC金相显微镜对样品进行金相显微组织观察与分析。
本文各试样在预减薄至80μm左右后冲成ϕ3mm的圆片后在双喷电解减薄仪上双喷减薄至穿孔，制备好的样品在TecnaiG2005型透射分析电镜上进行TEM形貌的观察与分析。
2 实验结果
2.1 力学性能
实验测得拉伸强度数值对比如图1所示，明显可以观察到2#试样风淬+时效后的铝合金拉伸强度不够高，比3#试样水淬+时效后的低不少，说明固溶过程中淬火的效果会直接影响后续人工时效强化的程度。在风淬过程中，比于水淬，由于相冷却速度不够快以及冷却均匀程度不一样，溶质元素不能很好的留在基体之中保持高温下的高溶解状态形成过饱和固溶体，从而影响时效过程中强化相的析出，导致拉伸强度不如水淬高。所以风淬后的时效强化效果不理想，相比之水淬，力学性能较挤压加工后提升幅度不大。
2.2 金相组织观察
2#（风淬+时效）和3#（水淬+时效）试样的时效态金相组织图片如图2所示。可以注意到人工时效后的合金组织中仍然能观察到挤压加工过程中被挤压拉伸变形呈长条状的晶粒；由于Mg元素较为活泼较易被侵蚀，所以金相表面存在较多的腐蚀坑。从金相组织的角度来观察风淬+时效和水淬+时效后的样品，仅有细微差别，故需进一步从更加微观的尺度来分析采用风淬和水淬处理再进行人工时效后合金微观组织的不同之处。
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3#：水淬+时效
图2 时效态的金相
2.3 TEM形貌
对比2#（风淬+时效）和3#（水淬+时效）两组试样的TEM形貌（图3），可以发现，风淬+时效后的试样由于风淬过程中的冷却速度不够大，不能将过饱和的溶质元素固溶在基体中，易导致有较大的析出相出现，这对合金的力学性能是不利因素；并且还可以观察到由于基体中溶质的过饱和度下降，人工时效后的合金基体中没有典型的Mg2Si析出强化相出现，导致时效强化效果不佳。重固溶使用水淬的效果很好，进行人工时效后的合金基体中大量均匀弥散分布有呈针状的Mg2Si相，故能有效的强化合金，力学性能大幅上升。
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3#：水淬+时效
图3 时效态的TEM形貌
3 结论
(1)在6063铝合金风淬过程中，基体中易析较大的析出相，并且由于基体中溶质元素的过饱和度下降不利于人工时效时强化相的析出，时效强化效果不佳。
(2)该企业当前生产条件下，低强度风淬后时效的6063铝合金的强度较低，在线风淬的效果不理想，不利于产品质量的保证。在风淬过程中可以考虑加入喷射水雾来加强效果，在成品性能之与经济性间取得平衡。
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作者简介：陈宜钊（1988.11-）、男、汉族、湖南湘潭人、硕士研究生、主要研究方向为6XXX系铝合金在变形加工以及热处理过程中微观组织演变与性能变化趋势。
论文作者:陈宜钊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/17
标签：时效论文; 铝合金论文; 金相论文; 试样论文; 基体论文; 合金论文; 强度论文; 《基层建设》2019年第31期论文;