合金元素對(duì)3104鋁合金組織和性能的影響

3104 鋁合金是Al-Mn-Mg系不可熱處理強(qiáng)化鋁合金，具有密度小、強(qiáng)度高、抗蝕性好、易深沖成形等特點(diǎn)，是生產(chǎn)易拉罐等防腐性能要求比較高的主要材料。Mn、Mg、Si、Fe等主要合金元素成分配比，對(duì)材料的微觀組織及力學(xué)性能影響較大。本文研究在一定的熔煉條件下（熔煉溫度、保溫時(shí)間、攪拌條件），配制不同分?jǐn)?shù)的Mn、Mg、Si、Fe成分3104鋁合金鑄錠，對(duì)鑄錠均勻化處理后進(jìn)行熱軋、冷軋成型，并對(duì)冷軋態(tài)板材進(jìn)行退火處理。對(duì)比分析Mn、Mg、Si、Fe等合金元素成分配比對(duì)3104鋁合金微觀組織及力學(xué)性能有較影響，對(duì)3104鋁合金生產(chǎn)提供參考。

1  實(shí)驗(yàn)方案

如表1，在鑄造溫度為740℃，冷卻水壓為0.04MPa條件下，配制5組不同化學(xué)成分配比的鋁合金鑄錠。經(jīng)過熱軋、冷軋成型制成板材。在加熱溫度分別為590℃、600℃、610℃、620℃、630℃，保溫時(shí)間12小時(shí)條件下進(jìn)行均勻化退火處理。3104鋁合金化學(xué)成分配比見表1，其中，Zn-0.25%、Cu-0.2%、Ti-0.1%，其它-0.15%，余量為Al。

表1  3104鋁合金化學(xué)成分配比（質(zhì)量%）

2  3104鋁合金均勻化退火的微觀組織   

（a）590℃保溫12h        （b）630℃保溫12h

圖1  3104鋁合金均勻化退火的微觀組織

可以看出，3104 鋁合金以Mn Al6相、(Fe Mn)Al6相和Al、Fe、Mn、Si四元相以及Mg2Si相等。析出相不均勻，隨均勻化溫度的升髙，晶界和晶粒中心析出少，析出相長大，密度減小，晶粒內(nèi)部的偏析逐步減少。在加熱590℃均勻化處理后，明顯減少了塊狀物。在加熱620℃后出現(xiàn)熔球，有過燒現(xiàn)象。在加熱630℃以后，過燒較嚴(yán)重。熱軋前退火溫度過高會(huì)造成元素析出物粗大，應(yīng)選擇較低的均勻化退火溫度。

3  合金元素對(duì)3104鋁合金組織和性能影響

590℃加熱，保溫12小時(shí)條件下均勻化退火處理，測(cè)量3104鋁合金力學(xué)性能，見表2。

表2  實(shí)驗(yàn)測(cè)定合金材料力學(xué)性能

3.1  Mg對(duì)合金組織和性能的影響

在3104鋁合金中Mg與Si作用形成Mg2Si強(qiáng)化相，當(dāng)鎂硅元素質(zhì)量比大于1.71時(shí)，出現(xiàn)多余的Mg，降低了Mg2Si的溶解度，強(qiáng)化相析出粗化。過剩的鎂與Al形成A18Mg5化合物，如果呈彌散狀態(tài)分布于晶內(nèi)和晶界，合金的抗蝕性能明顯提高。鑄錠中存在少量Mg2Si相時(shí)，抵抗變形能力降低。在Mg2Si大量熔解時(shí)，提高鋁合金的強(qiáng)度，增加其抵抗變形的能力。當(dāng)鎂的含量繼續(xù)增加其含量對(duì)抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的影響并不明顯，強(qiáng)度反而有所下降。隨著Mg含量的增加，鋁合金的塑性顯著減小。

3.2  Mn對(duì)合金組織與性能的影響

從表2看出，隨著Mn含量的增加，強(qiáng)化效果顯著，延伸率呈下降趨勢(shì)。隨著錳含量增加強(qiáng)度降低，是由于鐵和硅比例較大， 溶入基體中產(chǎn)生大量塊狀(FeMn)A16形成的。另外，錳可能造成合金具有較大的過冷，產(chǎn)生偏析現(xiàn)象。均勻化退火后錳在晶相偏聚，在基體第二相晶界附近出現(xiàn)白色亮點(diǎn)。錳在1.05%左右時(shí)鋁合金容易造成加工硬化。

3.3  Si對(duì)合金組織和性能的影響

Si在鋁合金中不易溶解，溶解于鋁合金中的少量Si，粗大化了鋁合金晶界，降低了材料耐腐蝕性。Mg2Si化合物在鋁合金中的溶解能力隨溫度的降低減小。

3.4  Fe/Si對(duì)合金組織與性能的影響

雜質(zhì)鐵和硅常溫下很難固溶，鐵鋁合金基體中形成(FeMn)A16相。Si、Mn、Al產(chǎn)生三元相，溶入Fe形成四元相。Fe/Si加速錳熱變形時(shí)在基體中的分解，增加鋁合金的性能。均勻化處理后鋁合金微觀組織出現(xiàn)粗大針狀和塊狀。如果鐵盒錳含量高，在軋制過程中發(fā)生破碎棱角尖銳。Si的存在會(huì)形成粗大的片狀A(yù)1(FeMnSi)相，對(duì)合金造成不良影響。由表2知道，F(xiàn)e/Si值處于1.73左右時(shí)，顯著降低鋁合金材料的強(qiáng)度，相應(yīng)地塑性得到提高。由此，必須合理控制Fe/Si比值和Fe，Si含量。

4  結(jié)語

3104鋁合金中鎂與硅作用形成Mg2Si和A1gMg5相及復(fù)雜的三元相和四元相。當(dāng)鎂和硅元素質(zhì)量百分比比值大于4.8時(shí)，容易產(chǎn)生粗大的Mg2Si相。Mg含量增加，材料的塑性越低，Mg含量控制在1.19%左右。

Mn主要形成MnA16、（FeMn）Al6化合物，(Al，Mn，Si)三元相及(Al，F(xiàn)e，Mn，Si)四元相。MnA16容易析出，隨著錳含量的增加鋁合金強(qiáng)化明顯，但塑性降低，Mn含量控制在0. 93%左右。

Fe/Si對(duì)3104鋁合金的組織和性能有著明顯的影響。Fe/Si越大，材料第二相化合物的含量越高，塑性越低，F(xiàn)e/Si應(yīng)控制在1.69左右。

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