5182合金成分優(yōu)化研究

《鋁加工》2015年第3期總第224期技術(shù)工程5182合金成分優(yōu)化研究孟繁平(東北輕合金有限責任公司，黑龍江哈爾濱150060 )摘要:采用正交試驗方法設計了不同成分的5182合金，通過(guò)研究其顯微組織和性能，對5182合金成分進(jìn)行優(yōu)化。結果表明，在5182鋁合金中主要存在有Mg$Si、Mg2Al]和 ( FeMn) Al。三種析出相，當5182鋁合 金中Mg含量達到4.5%、Fe為0.35%、Mn含量為0.35%時(shí)，其性能最佳。關(guān)鍵詞: 5182鋁合金; 成分優(yōu)化; Mg2Als; 性能改善;減重中圖分類(lèi)號: TG146.21文獻標識碼: A文章編號: 1005- -4898 (2015) 03-0030-05doi: 10.3969/jissn.1005- 4898.2015.03.070前言交試驗設計的化學(xué)成分見(jiàn)表1。采用井式爐進(jìn)行作為輕質(zhì)結構材料，鋁合金以其獨特的性熔煉?；瘜W(xué)成分分析取尺寸為35mmx25mm的小能越來(lái)越受到人們的青睞。目前國內外對汽車(chē)車(chē)試樣并對表面進(jìn)行拋光，通過(guò)能譜分析儀確定其身鋁合金的研究主要集中在A(yíng)l-Cu-Mg (2x x x成分。不同成分的金相試樣經(jīng)表面拋光、腐蝕液(5%HF)腐蝕后，在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行組織形貌系)、Al-Mg(5x x x系)和AI-Mg-Si (6x x x觀(guān)察。拉伸試樣按GB/T1173加工成標準短比例拉系)三大系列上”。熱處理不可強化的5x x x伸試樣，在SHT4605微機控制電液伺服萬(wàn)能試驗機系鋁合金由于其強度、成型性和抗腐蝕性等方面上完成拉伸試驗。具有與鋼板相近的優(yōu)點(diǎn)，能用于汽車(chē)內板等形狀表1正交試驗化學(xué)成分設計表(質(zhì)量分數/% )復雜的部位。5182鋁合 金作為工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應MgMF用的一-種鋁合金主要用于加工易拉罐蓋、汽車(chē)車(chē)水平140.20.15身板、操縱盤(pán)、加強件、托架等零部件。因此，水平24.50.35深人研究5182鋁合金，對原有5182鋁合金進(jìn)行成水平30.5分優(yōu)化，進(jìn)一步改善合金的力學(xué)性能和塑性成型2試驗結果與分析性能對減輕車(chē)體重量和減少環(huán)境污染具有重要意義。2.1不同成分對組織的影響上述正交試驗確定的9種合金成分的實(shí)測值見(jiàn)1試驗方法表2。對比表1和表2,可見(jiàn)試樣的實(shí)測成分與預先試驗原材料采用工業(yè)純鋁、Al-10%Mn、Al-設定的化學(xué)成分基本吻合。7%Si、Al-50%Cu、 Al-10%Ti、 Al-5%Cr、 Al-表2正交試驗中5182鋁合金化學(xué)成分實(shí)測(質(zhì)量分數/% )10%Zn、A1-20%Fe以及AZ91D鎂合金。采用正.試樣編號MgMnFeSiZnCuCrTiAI作者簡(jiǎn)介:盂繁平(1972-)，男，黑龍江哈爾濱人，工程師。中國煤化工收稿日期: 2015-01-12MYHCNM HG30●孟繁平，5182合 金成分優(yōu)化研究技術(shù)工程4.12 0.48 0.35 0.19 0.25 0.15 0.1 0.08e24.14 0.37 0.23 0.21 0.20 0.14 0.09 0.13 .4.03 0.20 0.17 0.20 0.22 0.14 0.11 0.104.57 0.35 0.34 0.22 0.26 0.15 0.10 0.114.55 0.19 0.20 0.19 0.22 0.15 0.10 0.10 余量4.48 0.50 0.16 0.17 0.23 0.15 0.12 0.134.98 0.22 0.33 0.20 0.22 0.14 0.09 0.1250μm5.02 0.51 0.20 0.19 0.24 0.11 0.10 0.115.00 0.38 0.16 0.20 0.25 0.15 0.12 0.10圖1為正交試驗設計的不同成分的5182合金金NT相照片。(PeMn)Al,(FeMn)AI,. 50μm.d(FeMn)AL(a、b.c.d、e、f、g、h、i分別對應正交試驗中1~9號試樣)圖1未變質(zhì)5182鋁合金正交試驗試樣高倍顯微組織結合能譜分析，在試驗合金中Mg2Al,相主要以灰色絮狀(見(jiàn)圖1a、c、d)或片狀(見(jiàn)圖1f、50μ巴h)存在于晶粒中，并隨溶質(zhì)元素含量的增加而增多，在晶廣廣廣中國煤化工平圖1i)。Mg2SiTYHCNMHG31●《鋁加工》2015年第3期總第224期技術(shù)工程相主要以連續或間斷的黑色網(wǎng)絡(luò )狀分布在晶界附近(見(jiàn)圖1a、c、d. g)。由于Si含量基本沒(méi)有變化，因此MgSi相的數量也基本不變。( FeMn) Al相在5182鋁合金中主要是以黑色顆粒狀存在于晶粒中(見(jiàn)圖1a、c、f)，當溶質(zhì)元素含量增加時(shí)，(FeMn)Al。相還會(huì )以?shī)A角為90°的四邊形狀的黑色相析出(見(jiàn)圖1g)。2.1.1不同Mg含量對5182鋁合金組織的影響S 3400N 20 0kV 11.7mm x500 SE 7/15/20091o0um在5182鋁合金中，Mg作為添加量最多的合金圖2 Mg元素析出相的SEM照片元素，其析出相也最多。當含量為4%時(shí)(見(jiàn)圖2.1.2不同Mn和Fe含量對5182鋁合金組織的影響1a、b、c)，灰色的Mg2Al,相主要集中在晶界，呈在5182鋁合金中，當Mn含量為0.2%時(shí)，晶絮狀分布，而隨著(zhù)含量的增加，在晶粒中會(huì )出現粒中有明顯的( FeMn) Al。析出相(見(jiàn)圖1c、部分呈片狀的Mg2Al,相(見(jiàn)圖1d、e、f)，并且隨e、g)，當Mn含量為0.35%時(shí)，晶粒中黑色的著(zhù)Mg加人量的增加而變的越來(lái)越多(見(jiàn)圖1g、h、( FeMn) Al。相明顯增多(見(jiàn)圖1b、d、i)，而當i)。Mn含量為0.5%時(shí)，晶界處的( FeMn ) Al。相數目又此外，在5182鋁合金中，Mg原子還會(huì )與合金明顯減少(見(jiàn)圖1a、f、h)。中少量的Si形成Mg2Si相(見(jiàn)圖2中的A和C)。由針對這一現象，有文獻認為2、3),初生Al,Fe .Mg- -Si二元合金相圖可以得知，Mg2Si相的形成溫相中含有較多的Mn不利于其長(cháng)出分枝，而易長(cháng)成度為637.6C而Mg2Al,的形成溫度為450C。因而，粒狀。另外，一- 部分Fe固溶于A(yíng)LMn中形成粒狀的在鋁合金凝固的過(guò)程中，鋁熔體中就會(huì )最先形成( FeMn ) Al。相。也就是說(shuō)，Mn的加入可以有效的Mg2Si相。通過(guò)對Mg2Si和Mg2Al,相結構的比對，抑制Al,Fe相的危害，改善了鋁合金中一些富鐵相兩者晶格常數相差10%左右(Mg2Si的晶格常數為的形貌。因此，隨著(zhù)Mn含量的增加，鋁合金中所a=b=0.573nm，c=0.954nm; Mg2Al;的 晶格常數為析出的富鐵相數目反而減少。a=b=c=0.635nm)。雖然兩者- -種 屬于體心立方結在元素周期表中，Fe與Mn同為過(guò)渡元素，且構，另一種屬于密排六方結構，但是當Mg2Al,中的元素性質(zhì)較為相似，原子大小相近。鋁液凝固過(guò)( 420)面與Mg2Si中的(221)面平行的時(shí)候，兩程中，Fe與Mn同時(shí)富集在固-液界面的液相中,種相之間從理論上講應該具有- -定的共格關(guān)系。Al,Fe相最低成相溫度為645C，而MnAl。相最低成因此，為了使得鋁液中自由能達到最低，就會(huì )形相溫度在710C，相差近70C。在這種情況下,成以Mg2Si相為核心外面包裹著(zhù)Mg2Al,和MgsAl。的組MnAl。相優(yōu)先成相，而由于Fe與Mn元素的原子大織(見(jiàn)圖2中的B和C)，析出相的EDX測量結果示小相近，為使得自由能達到最低，Fe原子就會(huì )替于表3。代先形成相中Mn原子的位置，形成另-種骨狀或表3圖2中析出相的EDX測量結果(質(zhì)量分數/% )者是顆粒狀的(FeMn) Al。相。尉海軍、張磊”等.測試點(diǎn)MgAlSi人在研究富鐵相形貌的過(guò)程時(shí)發(fā)現，只有當Mn和A5.5491.093.36Fe的摩爾比在1.5時(shí)，Mn對富鐵相的改善效果才會(huì )B.0792.93C5.7653.5540.91達到最佳。中國煤化工在一定比例的MYHCNMHG32孟繁平，5182合金成分優(yōu)化研究技術(shù)工程情況下才會(huì )形成顆粒狀的( FeMn) Al相。通過(guò)對80TFeAl與( FeMn ) Al。相結構的比較,兩者同屬于立26050方晶系，晶格常數相差不到10% ( Al,Fe的晶格常號20趙230數為a=b=c=0.579nm; ( FeMn ) Al。的晶格常數為照222冊書(shū)210a=b=c=0.631nm)。當Al,Fe中的 (400)、(440)190-和(444)面分別與(FeMn) Al。中的(331)、t6(611)和(544)面平行的時(shí)候，從理論上講兩so0者具有一-定的共格關(guān)系。因此，當Mn含量不足合金試樣號時(shí)，多余的Fe原子就會(huì )與基體鋁形成Al,Fe相并且圖4不同成分5182合金的常溫力學(xué)性能包裏在先形成的(FeMn)Al。相的周?chē)?見(jiàn)圖3中由圖4可見(jiàn)，隨著(zhù)合金元素的增加( 由水平的B和C)，析出相的EDX測量結果見(jiàn)表4。-增加到水平二)強度隨之增加，當合金元素含量繼續增加(水平三)，合金的強度出現下降趨勢。結合由正交分析軟件分析得出的各個(gè)元素對性能的影響曲線(xiàn)，見(jiàn)圖5。210 -，20盛195-190]S 3400N 20 OkV 11.7mm x500 SE 7/15/2009100um175-圖3 Fe和Mn元素析出相的SEM照片.0.2 4.4.6.8 5.0含量/%表4圖3中析出相的EDX測量結果(質(zhì)量分數/% )(a) Mg測試點(diǎn)Mg_A1FeMn210 7A5.6471.9922.37205 -B5.0890.72 .4.205.5672.5817.174.69195-2.2不同成分對性能的影響威190圖4為不同成分5182合金的常溫力學(xué)性能。= 185180-175 ;0.15 0.20 0.25 0.30 0.35(b) Fe中國煤化工MYHiCNM HG33●《鋁加工》2015年第3期總第224期技術(shù)工程/專(zhuān)利薈萃210的鋁合金性能最佳。205-(2)在5182鋁合金中主要存在有Mg2Si、200-Mg2Alg和( FeMn) Al6三種析出相。其中Mg2Alz相主要以灰色絮狀存在于晶粒中，Mg2Si相主要190 t以連續或間斷的黑色網(wǎng)絡(luò )狀分布在晶界附近，北185-(FeMn) Al.相主要是以黑色顆粒狀存在于晶粒180-中。175+ -0.200.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0. 50含量/%參考文獻(c) Mn圖5不同元素對5182鋁合金拉伸強度的影響[1] 白木，周潔.鋁材在汽車(chē)制造技術(shù)中的應用[J]有色設備，2002 (2) : 17-19 .由圖5可以直觀(guān)的看出，Mg含量在4.5%時(shí)[2] Badia F A. Effect of composition and heat treatment on the(圖5a)，Fe含量在0.35%時(shí) (圖5b)，Mn含量在tensile properties of an Al-11.5Si- -5Ni Casting Alloy [].0.35% (圖5c )時(shí)鋁合金的拉伸強度最大，性能最Modem Castings, 1996， 50: 104- -115好。[3] 陸書(shū)蓀，顧開(kāi)道，鄭來(lái)蘇.有色合金及其熔煉{M].北京:機械工業(yè)出版社，19783結論[4] 尉海軍，張磊.改善鋁中富鐵相形貌對電磁凈化的影響0.鑄造，2005， 54(4) : 363-366(1)通過(guò)正交試驗可以得知，在5182鋁合金(編輯: 張為賓)中Mg添加4.5%、Fe添加0.35% 、Mn也添加0.35%時(shí)Research on Optimization of 5182 Alloy CompositionMENG Fan ping(Northeast Light Ally Co, Ltd, Harbin 150060, China)Abstract: 5182 aluminum alay with diferent compositons was designed using an orthogonal test. 5182 alloy composition was optimizedby researching the microstructure and properties. The results showed that there were mainly MgSi, Mg2Al3 and (FeMn) Alg precipitatesin 5182 aluminum alloy. 5182 aluminum aloy had the best performance when the Mg content reached 4.5wt%, Fe content reached0.35wt%. and Mn content of 0.35wt%.Keywords: 5182 aloy; chermical composition; Mg2A]3 phase鋁合金車(chē)輪轂的熔煉與重力鑄造工藝中國專(zhuān)利CN101758204A本發(fā)明涉及一種鋁合金車(chē)輪轂的熔煉與鍾力鑄造工藝,包括如下步驟: (1) 將鋁合金進(jìn)行熔化,在熔化室溫度達到740 ~ 760C時(shí)，通過(guò)氮氣將精煉劑吹入熔化室進(jìn)行精煉; (2) 在調質(zhì)室內添加A1- Sr中間合金、混合稀+(Re)和Al-Zr中間合金，對鋁合金熔液進(jìn)行復合變質(zhì)及細化處理，并向調質(zhì)室內吹人氮氣進(jìn)行二次除氣; (3) 鋁合金熔液進(jìn)入使用室進(jìn)行保溫備用，熔液溫度保持在690 ~ 720公之間; (4) 將合金熔液倒入模具進(jìn)行汽件，例i士法4出媽二中再慢，每次倒人中國煤化工時(shí)間為23 ~ 25ms。o上述工藝不但可有效起到排渣除氣的作用，而且變質(zhì)、rYHCNM HG質(zhì)量。