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摘要：研究了三級涂裝工藝對T6處理和雙級時效工藝下的低壓鑄造A356合金輪毅力學(xué)性能和組織的影響。研究表明：三級涂裝工藝使T6狀態(tài)下合金的抗拉強度增加15N／mm2，雙級時效工藝條件下A356合金抗拉強度增加了5N／mm2，屈服強度增加了15N／mm2，對合金伸長率基本沒有影響。電導(dǎo)率和DSC分析表明，三級涂裝工藝不同程度地改變了合金中強化相和平衡相的分布數(shù)量和密度、引起了合金力學(xué)性能的變化。該研究對進一步優(yōu)化A356合金輪轂T6處理工藝和雙級時效工藝具有一定的意義。
關(guān)鍵詞：涂裝工藝；T6狀態(tài)；A356鋁合金；電導(dǎo)率
表1 A356合金輪轂各合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù) ％
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Si |
Mg |
Ti |
Sr |
Fe |
Cu |
Mn |
Zn |
Al |
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6.8～7.2 |
0.30～0.38 |
0.08～0.15 |
≤0.018 |
≤0.018 |
≤0.1 |
≤0.1 |
≤0.1 |
余量 |
表2 A356合金輪轂三級涂裝工藝參數(shù)
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工藝類別 |
一級涂裝 |
二級涂裝 |
三級涂裝 |
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涂裝溫度/℃ |
210 |
160 |
100 |
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涂裝時間/min |
20～25 |
20～25 |
20～25 |
拉伸試驗用來研究合金力學(xué)性能的變化。拉伸試棒在輪轂上輪緣處取樣，拉伸試棒加工成5倍標(biāo)準(zhǔn)拉伸試棒。拉伸試驗在WDW－50微機控制電子萬能試驗機上進行，拉伸速率為5mm／s。
2.1 涂裝工藝對合金力學(xué)性能的影響
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工藝類別 |
未涂裝 |
一級涂裝 |
二級涂裝 |
三級涂裝 |
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T6工藝 |
9 |
9 |
9 |
10 |
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雙級時效工藝 |
10 |
10 |
10.5 |
10 |
從圖1可以看出，涂裝工藝對兩種熱處理工藝合金性能的影響趨勢一致，一級涂裝后，合金的強度性能降低，經(jīng)過二級涂裝，合金的強度性能增加，而經(jīng)過三級涂裝，合金的性能又有所降低，但相對未涂裝工藝，合金的性能呈增加的趨勢，尤其對于雙級時效工藝，涂裝工藝對強度的影響更為明顯。從表3可以看到，涂裝工藝對伸長率的影響并不明顯。因此，涂裝工藝在不改變合金伸長率的情況下，在一定程度上提高了合金的強度性能。
圖1 涂裝工藝對A356合金熱處理后強度的影響
2.2 電導(dǎo)率分析
對T6工藝下三級涂裝狀態(tài)下A356合金進行電導(dǎo)率測試，結(jié)果如圖2所示。
圖2 涂裝工藝對T6狀態(tài)下A356合金電導(dǎo)率的影響
2.2 電導(dǎo)率分析
對T6工藝下三級涂裝狀態(tài)下A356合金進行電導(dǎo)率測試，結(jié)果如圖2所示。
由圖2可知，經(jīng)過一級涂裝后，合金的電導(dǎo)率顯著上升，二級涂裝后，電導(dǎo)率有所下降，三級涂裝后，合金電導(dǎo)率又有所回升，相對于一級涂裝來說，二級涂裝和三級涂裝對合金電導(dǎo)率影響不大。文獻[2]研究熱處理對Cu-Mg-Cr合金的電導(dǎo)率的影響時指出，由于鉻溶入銅基體中，使自由電子在運動過程中發(fā)生散射的幾率增加，導(dǎo)致電導(dǎo)率下降。對于A356合金來說，一級涂裝后，一方面由于α-Al中固溶的硅元素繼續(xù)從基體中脫溶，另一方面析出的硅元素可作為Mg2Si的形核核心[3-4]，使Mg2Si聚集長大，降低了Mg2Si在基體中分布的均勻性和致密度，從而降低了合金對自由電子的散射率，從而導(dǎo)致了電導(dǎo)率增加。關(guān)于合金微觀組織對電導(dǎo)率的影響，二級涂裝和三級涂裝對合金電導(dǎo)率有一定影響，但變化不大，說明此時硅的脫溶和Mg2Si的聚集長大已基本結(jié)束。
2.3 DSC分析
文獻[5]研究A356合金屈服強度模型時指出，硅在α-Al中的固溶度在0.5％～1.2％之間，由于硅的固溶產(chǎn)生屈服強度增加不超過2N／mm2～3N／mm2。關(guān)于Al-Mg-Si合金的強化機制，文獻[6-8]認(rèn)為，合金的脫溶序列為過飽和α固溶體-GP區(qū)-β″相-β′相-β相，當(dāng)形成GP區(qū)時，GP區(qū)與基體在邊界附近產(chǎn)生彈性應(yīng)變，阻礙了位錯運動，提高合金的強度；隨著時效時間的延長，CP區(qū)迅速長大成針狀或棒狀即為β″相，其C軸方向的彈性共格結(jié)合引起的應(yīng)變場最大，它的彈性應(yīng)力也最高，當(dāng)β″相長大到一定的尺寸，它的應(yīng)力場遍布整個基體，應(yīng)變區(qū)幾乎相連，此時合金的強度較高；在β″相的基礎(chǔ)上，Mg、Si原子進一步富集形成局部共格的β′過渡相，其周圍基體的彈性應(yīng)變達到最大值，強度有所下降；當(dāng)形成穩(wěn)定的β相時，失去了與基體的共格關(guān)系，共格應(yīng)變消失，強度相比有所下降。因此，合金強度的變化應(yīng)主要歸結(jié)為其沉淀析出相之間的轉(zhuǎn)變。
圖3 不同熱處理工藝下A356合金的DSC曲線
對A356合金在固溶狀態(tài)、T6工藝及三級涂裝工藝進行DSC分析，見圖3所示。對固溶態(tài)DSC曲線進行分析，其中A點為GP區(qū)析出峰，B點為β″相析出峰，C1、C2為β′析出峰，D為β平衡相析出峰。比較固溶態(tài)和時效態(tài)DSC曲線，β″和β′析出溫度基本一樣，但時效態(tài)DSC曲線β″峰值明顯高于固溶態(tài)DSC曲線。時效態(tài)曲線β相析出溫度增加，因為時效工藝有利于強化相β″和β′相的析出，從而阻礙了平衡相β的析出。一級涂裝DSC曲線β相的析出溫度降低，相比一級涂裝，二級涂裝DSC曲線β相的溫度增加，而三級涂裝β相的析出溫度又有所降低，且三級涂裝β相析出峰值明顯增加，而β″和β′相的峰值明顯弱化。在A356合金中，合金的強度增加主要來自于β″和β′相的沉淀強化，而平衡相對合金的強度沒有貢獻。時效后，合金強度增加，由于時效過程中形成了大量彌散的β″和β′相，一級涂裝后，有利于α′和β′相向平衡相β相的轉(zhuǎn)變，強化相數(shù)量降低，″、而使合金強度降低；二級涂裝后，合金強度增加可能是因為二級涂裝阻礙β″和β′相向平衡相β相的轉(zhuǎn)變，而固溶體中空位和位錯的釋放使強化相增加的緣故；三級涂裝后，合金平衡相β相大大增加，β″和β′相的數(shù)量減少，從而使合金的強度有所降低。
