均匀化处理对6061铝合金材料微观组织和力学性能的影响

6061铝合金具有热挤压成形性好、强度适中、焊接性能好等优点，已广泛应用于汽车、轨道交通、机械和航空航天等领域[1]。在 6061铝合金的工业生产中，铸锭均匀化是热加工工艺的重要组成部分，同时是-道能耗很大的生产工序。铸锭的组织状态不仅直接关系到铸锭的变形性能，而且对后续的加工工序以及最终制品性能都有遗传效应l2]。国内大国家 自然科学基金资助项 目 (51075132)。

李 艳 E-mail：liyan-37r###163.corn作者简介：李 艳，女，1977年生，河南人 ，中北大学，讲师，主要研究方向为金属精密塑性成形及改性收稿日期：2013 04 28部分生产厂家现行的均匀化产生制度仍为批量均匀化热处理，工艺相对粗糙，是导致国内高性能铝合金制品长期被国外产品占据的原因之-，因此，对均匀化处理机理及工艺的深入研究显得尤为重要。。

均匀化处理可以消除铸造过程中产生的内应力，改善合金的化学成分和组织不均匀性，提高合金的综合性能和铸锭的加工性能。研究表明，经均匀化处理的 6061铝合金与未经均匀化处理合金相比，挤压力要低 6 ～1O 4]。当前，对于均匀化处理工艺，行业生产中-般以均匀化状态的铸造显微组织不过烧为原则l5 ，而鲜见有关均匀化效果的定量评价细则的报道。确定均匀化热处理工艺参数的关键，是对保温温度、保温时间、冷却速度的选择l 。本文通过对均匀化处理过程中的温度和时问的二元控制，采 用硬度测试、电子显微分 析方法 (SEM、第4期 李 艳 等：均匀化处理对6061铝合金材料微观组织和力学性能的影响 97图 6 均匀化退火时浓度振 幅的衰 减曲线Fig.6 The amplitude attenuation curve ofconcentration in homogenization由式(3)可知，只有当t趋于无穷大时，才会有C ( ， )-C，此时合金成分才能均匀。因此，扩散均匀化处理只具有相对意义。-般来说，只要偏析衰减到-定程度，即可认为合金成分均匀化了。

当合金元素浓度差衰减到 ·去△CO时，则有：·丢△C。-丢△Coexp(-等 ) (4)化简式(4)：-exp(-4La Dt) (5)考虑扩散系数与温度的关系：D-D0exp(- ) (6)式中 D。--与温度基本无关的系数Q--扩散激活能R--气体常数丢-绝对温度将式(7)代入式(6)中，整理后可得：-舍 In( ) 而 令 P- R， G- ，便得出均匀化动力学方程 ：-P1n壶 8- 般当 1 时，可认为均匀化过程结束，因此 G- 4. 6。

对于固定成分的合金，P、G均为常数，因此只要知道铸锭原始枝晶间距 L，即可得到铸锭均匀化转变动力学曲线。

由于在相同的温度下，Mg、Si、Fe 3种元素的扩散系数不同，且 Si、Fe元素的扩散系数比Mg元素的扩散系数大，且 Si、Fe元素的扩散激活能比Mg元素的扩散激活能小1 ，本文主要考虑合金中 Mg元素的扩 散。Do(Ⅳk)- 6.3× 10 In。/s，Q(Mg)-161.1ld/tool，R-8.31J/(Inol·K)。由式(8)可绘出不同枝晶间距下 Mg元素的均匀化动力学曲线。图7为不同温度下，均匀化时间及铸锭的枝晶间距之间的关系。由图可知，均匀化时间随温度的升高而缩短。温度越高，原子的迁移越容易，扩散系数越大，扩散速度越快。但随着均匀化保温时间的延长，扩散流量随浓度梯度的减小而变小，均匀化效果减弱。如图 8所示，同-温度下，均匀化时间随枝晶间距 L的减小而缩短，且比较显著。铸锭的枝晶间距 (基波长度)越小，傅 氏级数分量衰减得越快，且成平方衰减。对 6061铝合金，-般取枝晶间距L50/xm，查均匀化动力学曲线可知，在 550℃保温下所需的均匀化时间约为 -12h，与试验结果基本吻合。

厘鲁0图 7 不同温度下均匀化时间与枝晶间距 L的关系Fig.7 Relationship between holding time and dendritearm spacing L at different temperaturep赠图 8 不同枝晶间距 L时均匀化温度与时间的关系Fig.8 Relationship between holding timeand holdingtime at dendrite arin spacing L3 结 论1)均匀化处理温度为 400C时，合金的硬度低98 塑性工程学报 第 2O卷于铸态合金硬度；均匀化处理温度在 460℃～550C范围内时，合金硬度明显高于铸态合金硬度，且合金硬度值随均匀化温度上升而提高；继续升高温度到 570C时，合金的硬度反而降低。

2)在 400℃/12h均匀化处理时，非平衡的过饱和固溶体分解出大量的平衡相，由于温度偏低，枝晶间的共晶组织很难溶解；当 520。C/12h均匀化处理时，枝晶问的共晶组织已逐渐溶解，由于温度不高，其溶解度有限，导致共晶组织溶解不完全；在550℃/12h均匀化处理时，加热过程中析出的平衡相又重新溶到固溶体基体中，晶内结晶相基本溶解完全，并在此时第二相的分布和尺寸达到最佳。

3)均匀化退火过程中的扩散动力学分析表明，均匀化时间随温度的增加和枝晶间距 L的减小而缩短。动力学分析所得结果与试验中 550℃/12h的均匀化处理基本吻合。