均勻化處理時間對6016鋁合金組織和性能的影響

隨著環境和能源壓力的不斷增長，輕量化已成為汽車工業發展的重要趨勢。比起傳統的鋼鐵材料，鋁合金具有密度小、比強度高、耐腐蝕、幾乎100%可回收等諸多優點，因此成為汽車輕量化、實現節能減排的首選合金材料

。6016鋁合金板材是乘用車車身外覆蓋件常用的合金材料，該牌號鋁合金是典型的熱處理可強化鋁合金，成形性能和折邊性能優異，有良好的烘烤硬化性，沖壓后表面質量高，無呂德斯帶等缺陷，耐腐蝕性明顯優于2系和5系鋁合金等特點，一直是國內外研究的重點

。均勻化處理是乘用車車身用6016合金產品開發中的不可或缺的重要工序，6016鋁合金鑄錠按照合理的溫度和保溫時間進行均勻化熱處理，使原子進行充分擴散，可以讓非平衡共晶相溶解，消除枝晶偏析，使合金成分分布更加均勻，并能增加合金的過飽和固溶度，更好發揮6系鋁合金的時效強化效果。均勻化是影響變形鋁合金材料性能的重要因素，但已有的關于6016鋁合金的熱處理工藝的研究多側重于固溶淬火和預時效工藝，關于鑄錠均勻化熱處理制度的研究鮮有報道。

若電池組內部單體電池的電壓出現異常，則可能直接導致整車的高壓斷電，踩加速踏板車輛就不會有反應，同時整車警告燈、低壓及高壓電池警告燈會點亮。對單體電壓的檢測，涉及到其單獨充放電測試，需要一定的檢測設備，一般維修廠可能尚不具備檢測能力。

為探究均勻化處理工藝對6016合金顯微組織和性能的影響，本文將針對不同均勻化處理時間，對6016合金均勻化熱處理過程中非平衡共晶相的回溶，金屬間化合物形貌的改善進行系統研究，為6016合金工業化生產中的均勻化工藝制定提供參考。

1 試驗材料及方法

實驗采用半連續水冷鑄造方法（DC法）制備鋁合金扁錠，合金成分如表1所示。按照工藝規范要求將鑄錠鋸切頭尾并銑面以后采用推進式均勻化爐對樣品進行均勻化熱處理，經查閱有關資料

，并結合公司生產實際情況最終確定本次試驗均勻化溫度為560℃，保溫時間分別設定為4h、6h、8h、10h，保溫結束后采用水冷進行冷卻；隨爐放置測溫儀器對料溫進行監控。

均勻化處理后的扁錠經過熱軋、冷軋和連續氣墊爐熱處理工序后產出成品，具體生產工藝為，鑄錠溫度560℃，熱軋厚度為4mm，冷軋厚度為1mm，連續氣墊爐熱處理溫度560℃，保溫時間20s，淬火方式為空冷，對成品板材進行性能檢測。

合金的均勻化程度對合金的電學性能具有重要影響。根據Mathiessen研究結果

，多組元合金的電導率主要由合金元素的溶質原子在鋁基體中的固溶度高低決定，也就是說當溶質原子從過飽和固溶體中析出時，合金元素在鋁基體中的固溶度降低，這將會使合金的電導率升高；但當過飽和固溶體析出第二相時，合金的組織結構將會由單相轉變成多相，這會降低合金的電導率。但應該明確的是，溶質原子固溶在鋁基體中造成的點陣畸變比起過飽和固溶體析出的第二相對電子的散射作用要強得多。

將經過不同均勻化處理后的試樣，使用光學顯微鏡觀察第二相形貌和分布；使用數字金屬電導率測量儀進行電導率測量；在電子萬能試驗機上進行室溫力學性能測試。

2 實驗結果及分析

2.1 均勻化處理時間對鑄錠微觀組織的影響

圖2為經不同保溫時間均勻化處理后的合金顯微組織。合金經4h均勻化處理后溶質原子溶入基體，聚集在晶界的骨骼狀組織開始出現一定斷續，變得不連續，板條狀的β-AlFeSi相開始向顆粒狀的α-AlFeSi相轉變，細小的析出相由晶界開始向晶內析出擴散，但仍存在較多的非平衡共晶相(圖2(a))；經延長保溫時間后，骨骼狀枝晶的組織進一步發生分解回溶(圖2(b))；從圖2(c)(d)可以看出，隨著保溫時間的延長，可以發現骨骼狀枝晶的組織的溶解進一步發展，連續網狀組織逐漸消失。當保溫時間達到8h時，相比未經均勻化處理的鑄態組織，非平衡共晶相已大幅減少，連續的板條狀共晶相轉變為顆粒狀的，同時晶內的析出相也未見明顯長大，未溶的顆粒為熱穩定性高的含Fe雜質相。

圖1所示為合金的鑄態顯微組織。成分過冷的會造成液-固界面像樹枝那樣向液體中長大，由于Al熔點比合金元素Mg和Si熔點高，所以在半連續水冷鑄造合金凝固時，α-Al會首先凝固成樹枝狀的骨架，同時向尚未凝固的周圍液相中釋放出溶質原子，然后富集了溶質原子的液相凝固成α-Al樹枝晶的外部結構，即枝晶間化合物，這種由于先后凝固發生的溶質成分分布不均勻，也就是所謂的枝晶偏析。當繼續冷卻到液相線以下時，當溶質原子在固-液界面前沿富集到共晶成分范圍時，就會在液相中發生共晶反應，最終在晶界上形成連續網狀分布的骨骼狀非平衡共晶相。因此圖1中合金的鑄態組織主要由樹枝狀α-Al固溶體和枝晶間析出相組成。這種急冷鑄造條件下產生的析出物呈連續網狀，為骨骼狀β-AlFeSi非平衡共晶相，在工業用6016鋁合金中不可避免地存在微量的Fe元素，在6016合金凝固時溶質原子Fe與合金中過量的溶質Si原子形成板條狀的β-AlFeSi相，這種β-AlFeSi脆硬相如何不予以消除，遺留到最終合金組織中，就可以在變形時成為裂紋源，從而降低合金的強度，并使塑性變差

。晶內有少量黑色析出相，經能譜分析得知晶內析出相為Mg

Si相。

2.2 均勻化處理時間對鑄錠電導率的影響

一是增加新的心理干預方法，以適應不同社區服刑人員的需求。一方面，普及心理干預工作的適用方法，包括基于ABC理論的認知療法、基于社會學習理論的行為療法、基于人本主義的求助者中心療法以及基于心理動力學的精神分析療法等；另一方面，完善心理干預工作的硬件設施，包括設立釋放壓力的心理宣泄室、緩解心情的音樂放松室、改善認知的情景模擬室、觸碰心靈的疏導談話角等。

圖4為連續氣墊爐固溶熱處理后的T4態力學性能，可以看出隨著均勻化保溫時間的延長合金的強度和延伸率都呈現先增長然后下降的趨勢。當均勻化保溫時間為8h時，合金強度和延伸率達到最高，抗拉強度為206.0MPa，屈服強度為93.6MPa，延伸率為26.7%；當均勻化保溫時間為10h時，合金的強度和延伸率出現下降。當均勻化保溫時間從4h延長到8h時，鑄態6016合金中的溶質原子能夠進行充分擴散，固溶在率集體中，連續氣墊爐固溶熱處理后能夠析出大量細小彌散的第二相，起到時效強化作用，所以強度升高，同時由于經過充分均勻化鑄錠的枝晶偏析得到很大改善，骨骼狀第二相大量分解回溶，這也改善了合金的成形性，使延伸率得到了提高；當均勻化時間繼續延長至10h時，合金的第二相出現一定程度的析出，導致強度和延伸率下降。

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2.3 均勻化時間對成品板材機械性能的影響

圖3為經不同保溫時間均勻化處理后的合金電導率。半連續鑄造條件下，鑄錠合金組織為非平衡的過飽和固溶體。均勻化處理實質上分為兩部分，一部分為過剩相的溶解；另一部分為過飽和元素沉淀析出。由圖3可知，未經均勻化熱處理的鑄錠樣片電導率明顯大于4h，6h，8h，10h均勻化熱處理后的樣品，說明560℃均勻化處理開始后過剩相的溶解程度遠遠大于過飽和元素的沉淀析出。隨著均勻化時間的延長，過飽和元素Fe、Mn、Si等經過充分擴散遷移，發生了明顯的含Mn相的彌散析出，固溶度有所下降，因此電導率又出現了一定的升高，并在6h后趨于穩定。

3 結論

本文中6016鋁合金鑄錠均勻化熱處理的最優工藝為加熱到560℃保溫8h。鑄錠經過該工藝均勻化熱處理后，軋制熱處理后板材具有良好的綜合力學性能，其抗拉強度、屈服強度、伸長率分別達到206.0MPa、93.6MPa、26.7%，電導率為43.8%IACS。

半連續水冷鑄造的6016鋁合金鑄態組織中存在由非平衡凝固造成的明顯偏析現象，合金組織主要由樹枝狀α-Al固溶體和連續網狀枝晶間非平衡共晶析出相組成，同時存在少量黑色Mg

Si相析出相。

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隨著均勻化時間的延長，晶界處的非平衡析出相更多的溶入基體中，鑄態組織中的粗大第二相數量減少，同時出現了一定含Mn相的彌散析出。

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