Al-Mg-Si合金铸态组织及其铸锭均匀化处理研究

论文摘要

Al-Mg-Si系铝合金是广泛应用于建筑和交通业的轻质金属结构材料。随我国建筑和交通业的迅猛发展,Al-Mg-Si系铝合金材料的产量也逐年剧增,其中产量较大的是6063、6061及6N01合金,但质量与国外先进水平相比较,还有较大差距,突出的问题是性能的均匀性和稳定性低。由于相比其它高强铝合金6063、6061及6N01等铝合金中合金元素含量较低,对铸锭的均匀化处理过程并不重视,通常不针对各个合金的特点分别制定其均匀化处理工艺,而是均采用相同的均匀化处理工艺对6063、6061及6N01等铝合金进行均匀化处理,而且对这三种广泛应用的6×××系铝合金半连续铸锭的均匀化处理的研究也并不深入系统,尤其是对6061、6063及6N01三种铝合金半连续铸锭及其均匀化处理后的微观组织和性能进行详细比较的研究更有限。因此本文的目的是对6061、6063及6N01三种铝合金半连续铸锭及其均匀化处理后的微观组织和性能进行系统的比较研究,结果表明：（1）6061、6063及6N01合金半连续铸锭中存在较多的结晶相,其中多数形成枝晶网,少量呈球状分布于基体中；形成枝晶网的主要为细长状和不规则形状的Al5FeSi相或Al5（FeMn）Si相以及黑色不规则条块状（有时为共晶形态）的Mg2Si相；分布在基体中的球状产物为含AlMgSiCu的共晶体（2）6061、6063及6N01铝合金半连续铸锭中的结晶相均呈现由铸锭表面至心部尺寸增大、数量增多的分布的规律,其中与6063合金相比6061和6N01合金铸锭中的结晶相数量较多、尺寸较大,而且后两者的结晶相由铸锭表面至心部数量和尺寸增大均较明显,另外6061合金铸锭中所含Mg2Si体积分数最大,6N01合金中其次,6063合金中最小。（3）6061、6063及6N01铝合金半连续铸锭中的枝晶臂间距也均呈由铸锭表面至心部增大的规律；其中6061合金铸锭中枝晶臂间距最大（表面附近为92.7μm、心部为114.2μmm）,6N01合金中次之（表面附近为80.9μm、心部为96.6μm）,6063合金中最小（表而附近为71.5μm、心部为88.1μm）。（4）6061、6063及6N01合金半连续铸锭的最低过烧温度分别为577℃,615℃及572℃。（5）直径为200mm的6061、6063及6N01合金半连续铸锭经510℃×8h均匀化热处理,其低熔点相已经充分溶入合金基体,残留未溶的结晶相几乎为含Fe和Mn的高熔点相,也有少量的Mg2Si相；随均匀化温度的进一步提高或保温时间延长,含Fe和Mn的高熔点结晶相及Mg2Si相数量均有所减少。（6）与560℃×14h均匀化处理相比,6061、6063及6N01合金半连续铸锭经550。C×24h均匀化制度处理后,其残留第二相的尺寸稍大,弥散相数量和分布几乎没有差别,总体上差别不大,两种均匀化制度可以相互替代（7）随均匀化冷却速度的减慢,6061、6063及6N01合金组织中勾画晶界的第二相数目增多、尺寸增大；随均匀化处理后冷却速度的减慢,合金基体中弥散相首先数量显著增加,当冷却速度进一步变慢时,合金基体中弥散相数量减少,其尺寸显著增大；6063合金中弥散相的数量较其它两种合金明显减少。（8）6061、6063及6N01合金半连续铸锭经510℃～560℃均匀化处理不同时间后再热轧成板材,其各个合金与其自身相比均匀化处理温度对其强度影响不明显,但均匀化处理时间延长合金的强度略有降低；均匀化处理后的冷却速度对合金强度影响不明显；轧成的板材再经500℃×30min固溶处理后均发生了再结晶,但6063合金再结晶更明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铝合金的均匀化处理
• 1.1.1 均匀化热处理原理
• 1.1.2 铝合金均匀化处理的发展历程
• 1.1.3 均匀化处理的工艺
• 1.1.4 均匀化处理的时间和温度的确定
• 1.1.5 均匀化处理时铝合金组织和性能的变化
• 1.2 Al-Mg-Si系铝合金半连续铸锭的均匀化处理
• 1.2.1 A1-Mg-Si系铝合金相图及合金相
• 1.2.2 合金元索的影响
• 1.2.3 Al-Mg-Si系铝合金的均匀化热处理
• 1.2.4 Al-Mg-Si系铝合金均匀化热处理的研究现状
• 1.3 本文研究目的和内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要研究内容
• 第2章 实验材料与研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 热处理方法
• 2.2.1 半连续铸锭的均匀化处理
• 2.2.2 轧制板材的固溶处理和时效处理
• 2.3 样品的制备与测试方法
• 2.3.1 光学显微镜组织观察
• 2.3.2 扫描电子显微镜及其能谱分析
• 2.3.3 透射电子显微镜微区成分分析
• 2.3.4 激光扫描共聚焦显微组织分析
• 2.3.5 X射线衍射分析
• 2.3.6 差示扫描量热分析
• 2.3.7 拉伸样品的制备与板材的力学性能测定
• 第3章 铸态组织及其相组成
• 3.1 6061、6063及6N01铝合金半连续铸锭低倍组织观察
• 3.2 A1-Mg-Si合金半连续铸锭中不同位置的枝晶臂间距
• 3.3 合金半连续铸锭相组成的研究
• 3.3.1 6061、6063及6N01合金半连续铸锭中结晶相
• 3.3.2 6061、6063及6N01合金半连续铸锭中结晶相成分的确定
• 3.3.3 6061、6063及6N01铝合金半连续铸锭的XRD分析
• 3.4 6061、6063及6N01铝合金半连续铸锭的过烧温度
• 3.4.1 6061合金半连续铸锭DSC分析结果
• 3.4.2 6063合金半连续铸锭DSC分析结果
• 3.4.3 6N01合金半连续铸锭DSC分析结果
• 2Si体积分数的计算'>3.5 合金半连续铸锭中Mg₂Si体积分数的计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 A1-Mg-Si系铝合金半连续铸锭的均匀化热处理
• 4.1 AI-Mg-Si系铝合金半连续铸锭均匀化处理工艺的设计
• 4.2 A1-Mg-Si系铝合金半连续铸锭均匀化处理后的DSC分析
• 4.3 A1-Mg-Si系铝合金半连续铸锭的显微组织分析
• 4.3.1 不同均匀化处理温度对合金显微组织的影响
• 4.3.2 不同均匀化处理时间对合金显微组织的影响
• 4.3.3 铸锭均匀化处理后不同冷却速度对合金显微组织的影响
• 4.3.4 6061、6063及6N01合金经560℃×1 4h与550℃×24h不同均匀化处理的组织比较
• 4.4 不同均匀化处理制度对合金力学性能的影响
• 4.5 6061、6063及6N01合金热轧后的再结晶行为
• 4.5.1 6061合金热轧后的再结晶行为
• 4.5.2 6063合金热轧后的再结晶行为
• 4.5.3 6N01合金热轧后的再结晶行为
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢