C5M4鋁鎂合金鑄件熱處理工藝探索

1、    c5m4鋁鎂合金鑄件熱處理工藝探索    韓明濤易天平許松桔摘要：高鐵牽引電機傳動端蓋和非傳動端蓋的材料為c5m4t6鑄造鋁鎂合金。國內(nèi)科技文獻關(guān)于c5m4材料相關(guān)報道很少，株洲聯(lián)誠集團有限責(zé)任公司在高鐵牽引電機傳動端蓋和非傳動端蓋的國產(chǎn)化研發(fā)過程中，對鑄件的熱處理工藝進行了大量的試驗，總結(jié)得出c5m4材料最佳的熱處理工藝，并應(yīng)用于批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，取得了較好的效果。關(guān)鍵詞：c5m4鋁鎂合金；熱處理；固溶溫度；固溶時間；力學(xué)性能 文獻標(biāo)識碼：a中圖分類號：tg242 文章編號：1009-2374（2015）21-0082-03 doi：10

2、.13535/ki.11-4406/n.2015.21.0411 c5m4材料化學(xué)成分及機械性能要求與鋁合金ac7a相比，c5m4抗拉強度與延伸率均有一定提高（砂型鑄造ac7a抗拉強度140mpa，延伸率6%），c5m4主要強化相為al8mg5和al2cu強化相，與鎂元素的含量相比，銅元素的含量差一個數(shù)量等級，故本文對al2cu強化相不做更多討論。2 c5m4鑄態(tài)組織鋁-鎂二元相圖如圖1所示，鎂在鋁中最小溶解度為1.9%，最大溶解度為17.4%。富鎂部分鋁和鎂形成（al8mg5）相，在450發(fā)生共晶反應(yīng)l+。c5m4含鎂量為3.54.5%，根據(jù)鋁-鎂相圖，組織轉(zhuǎn)變?yōu)閘+l+。合金液態(tài)冷卻至t1

3、（約650）時，開始從l相中析出相，直至t2（約580）時，l相全部轉(zhuǎn)化為相；t2t3（約250）間，合金為單一相，隨溫度下降組織不發(fā)生變化；溫度下降至t3以下時，從相析出相，直至室溫組織為相、相兩相共存。圖2為c5m4鑄態(tài)組織，基體為固溶體，質(zhì)點相為al8mg5，均勻分布在基體中，沿晶界有聚集現(xiàn)象。al8mg5是脆性化合物，會降低合金的力學(xué)性能，并且al8mg5電極電位低，抗電化學(xué)腐蝕性較差，需要通過熱處理，使al8mg5相完全溶入基體，使合金呈過飽和狀態(tài)，得到固溶強化效果，提高合金力學(xué)性能、抗蝕性能。3 c5m4鋁鎂合金鑄件熱處理工藝試驗參照鋁硅合金和鋁鎂合金的處理工藝，我們初步制訂c5m

4、4t6熱處理工藝如下：3.1 實驗方法實驗采用同一批次砂型鑄造標(biāo)準(zhǔn)鋁合金試棒，在ssxf-5-12a爐中按照不同熱處理工藝進行熱處理，然后在utm5305拉伸試驗機上進行拉伸實驗，并磨制金相試樣，在4xc金相顯微鏡下觀察金相組織。3.2 實驗結(jié)果3.3 實驗分析3.3.1 t6熱處理對c5m4組織和性能的影響。圖3為c5m4經(jīng)過t6熱處理（固溶530×4h水淬，時效200×4h空冷）后的金相組織，al8mg5相固溶入基體，數(shù)量減少，殘留相體積也較小，晶界處黑色塊狀為mg2si。c5m4加熱至530時形成單相固溶體，溫度下降至t3以下時，析出相，由于鎂和鋁原子的擴散速度慢，冷

5、速稍快就能抑制相的析出，在室溫時得到過飽和單相固溶體。過飽和固溶體有自發(fā)分解的傾向，分解過程叫脫溶。單一相抗腐蝕性較好，通過熱處理，即便有相殘留，在電化學(xué)腐蝕中相電極電位更低，不斷被腐蝕，最后仍為單一相，使腐蝕終止。在金相制備過程中，鑄態(tài)試樣在0.5%氫氟酸水溶液腐蝕下，20min左右能顯示出晶界，而經(jīng)過t6熱處理后，需要40min以上才能顯示出清晰晶界，也從側(cè)面說明了：（1）t6熱處理后合金抗腐蝕性能有較大提高；（2）晶界處聚集的相大部分固溶進入了相。3.3.2 固溶溫度過高對組織和力學(xué)性能的影響。比較編號20141014、20141015、20141016、20141017，可以看出，在固

6、溶時間、時效溫度與時間不變的情況下，合金的機械性能隨固溶溫度的上升而上升，在530附近達到峰值，隨后隨著溫度上升機械性能下降，在590時試棒接近熔點，局部發(fā)生熔化，已無法進行機械性能試驗，固溶溫度高于560時，抗拉強度和屈服強度均開始下降。在實際生產(chǎn)過程中，如果加熱爐爐溫不均勻，局部區(qū)域溫度過高，很容易發(fā)生產(chǎn)品機械性能不合格的現(xiàn)象。我們將試樣20141016和試樣20141017在金相顯微鏡下觀察，明顯發(fā)現(xiàn)了過燒組織，金相圖片如圖4所示：相比于試樣20141016，試樣20141017經(jīng)過590固溶處理后過燒組織更為明顯，大部分晶界出現(xiàn)三角復(fù)熔，（al8mg5）質(zhì)點相更少，試棒表皮出現(xiàn)褶皺，試

7、棒部分出現(xiàn)熔化，力學(xué)性能嚴重惡化。3.3.3 固溶時間過長對組織和力學(xué)性能的影響。對比編號20141015、20141020、20141021、20141022，在固溶溫度、時效溫度與時間不變的情況下，合金的強度隨固溶時間的上升而上升，在4h后上升趨于平緩，保溫8h后合金強度明顯下降。固溶時間相較于固溶溫度對試棒力學(xué)性能的影響較小，在固溶時間超過8h后，試棒的抗拉強度和屈服強度開始下降，觀察試樣20141022，金相組織有輕微的過燒特征。3.3.4 時效時間過長對組織和力學(xué)性能的影響。對比編號20141015、20141023、20141024、20141027，在固溶溫度與時間不變的情況下，

8、隨著時效時間的增加合金的抗拉強度和屈服強度緩慢上升，延伸率緩慢下降，在時效超過4小時后，強度和延伸率基本變化不大。從表3中可以看出，時效時間過長不會導(dǎo)致合金力學(xué)性能明顯下降，金相組織也沒有出現(xiàn)過燒特征。4 結(jié)論（1）c5m4鑄態(tài)組織為固溶體基體和al8mg5相質(zhì)點，通過固溶處理人工時效，使al8mg5溶入基體，得到固溶強化效果，提高合金力學(xué)性能、抗蝕性能。（2）過燒會使組織出現(xiàn)復(fù)熔球和三角復(fù)熔晶界，嚴重影響合金的力學(xué)性能。（3）c5m4材料固溶處理的溫度相比較于固溶處理的時間對材料的力學(xué)性能影響更大，實際生產(chǎn)中熱處理爐跑溫或爐溫不均勻同樣對產(chǎn)品材質(zhì)性能影響很大。c5m4的最佳固溶處理溫度為530540；最佳固溶時間為46小時；時效溫度200±5，其熱處理的性價比最佳。參考文獻1 崔忠圻，覃耀春.金屬學(xué)與熱處理m.北京：機械工業(yè)出版社，2007.2 石德珂.材料科學(xué)基礎(chǔ)m.北京：機械工業(yè)出版社，2003.3 易忠宏，王鐵峰，等.c5m4鑄鋁合金t6熱