热处理及微量元素对6156铝合金组织性能影响的研究

摘要

Al-Mg-Si系合金密度低、耐腐蚀、焊合性好，具有良好的综合机械性能。本文以6156铝合金薄板做为研究对象并在此合金基础上制备了几种不同合金成分的合金，研究了热处理制度及少量的Ag和Mn对合金组织与性能的影响。首先确定了该合金的固溶处理参数，然后重点研究了人工时效制度对6156铝合金组织和性能的影响；制定了几种双级时效(T78)制度，期望在保证合金具有相当高强度的前提下，增强合金的抗腐蚀能力。通过对材料显微硬度，室温拉伸力学性能，电导率，晶间腐蚀，剥落腐蚀，应力腐蚀性能的测试，加之有效的组织分析手段(金相显微镜，透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)，差示扫描量热法(DSC)等)，得到如下的主要研究结果：
　　 ⑴6156合金具有良好的常规力学性能，在T6峰时效(175℃/8h)态抗拉强度为424.6MPa，屈服强度为341.5MPa，延伸率为19.5％。
　　 ⑵6156合金的主要强化相为GP区，β”(MgsSi6)相，Q’(Al4Cu2Mg8Si7)相。欠时效态，晶内析出相主要为细小弥散分布的GP区，峰时效态晶内析出相主要为针状的β”相及少量的Q’相，随着时效时间延长，β”相的体积分数下降，Q’相的体积分数升高。峰时效状态下合金中还出现了较多不均匀分布的呈球状、短棒状析出物，经EDS分析其主要为AlMnCrSi粒子。这些粒子对提高合金的强度和塑形起到一定的作用。
　　 ⑶制定了三种双级时效制度(T78)，结果显示其强度较峰时效有不同程度的降低，随着过时效程度的加深，强度和延伸率均降低。晶内析出相主要为板条状的Q’相以及少量的β”相。
　　 ⑷通过晶间腐蚀、应力腐蚀、剥落腐蚀及电化学实验，发现6156合金T6欠时效态各种腐蚀现象均不明显；T6峰时效状态晶间腐蚀倾向严重，应力腐蚀敏感性最大；过时效状态合金的腐蚀性能有一定程度的改善；而T78状态在强度损失不大的情况下耐蚀性能得到明显提高。微观组织及腐蚀机理研究结果表明，时效过程中晶界处析出Q相，晶界附近的无沉淀析出带(PFZ)为Cu、Si溶质贫乏区电位较晶界和晶内都负，在腐蚀介质中形成三者构成电极体系，PFZ作为阳极发生阳极溶解，导致合金发生腐蚀。
　　 ⑸6156合金中添加0.38％Ag在175℃时效后，其力学性能和6156相比，σ0.2提高32MPa，σb提高26MPa。Ag的加入没有改变合金的析出序列，但促进时效响应，其机理主要是通过促进G.P.zone/Cluster的形成而实现的。在随后的人工时效过程中G.P.zone/Cluster为合金主要强化相β”形核提供有利位置，从而促进合金中主要强化相β”相的析出。Ag降低了合金的抗腐蚀性能，其主要原因是Ag的添加使晶界析出相更细小连续，在腐蚀环境中产生更连续的腐蚀通道，降低其抗腐蚀性能。
　　 ⑹Mn对6156合金有强化作用，不含Mn的合金其抗拉强度及延伸率都有所降低。其原因主要是合金中缺少弥散的AlMnCrSi粒子，并且合金峰时效状态下的强化相β”相数量较少。Mn能提高合金的抗腐蚀性能，去Mn后合金的抗晶间腐蚀、应力腐蚀及剥落腐蚀性能降低。其原因可能为晶界处Al-Si-Fe-Mn相的析出降低了合金的晶间腐蚀敏感性。