《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(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150060 )摘要:采用正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)了不同成分的5182合金，通過研究其顯微組織和性能，對5182合金成分進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)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(dāng)5182鋁合 金中Mg含量達(dá)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;減重中圖分類號: TG146.21文獻(xiàn)標(biāo)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(yàn)設(shè)計(jì)的化學(xué)成分見表1。采用井式爐進(jìn)行作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，鋁合金以其獨(dú)特的性熔煉?；瘜W(xué)成分分析取尺寸為35mmx25mm的小能越來越受到人們的青睞。目前國內(nèi)外對汽車車試樣并對表面進(jìn)行拋光，通過能譜分析儀確定其身鋁合金的研究主要集中在Al-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觀察。拉伸試樣按GB/T1173加工成標(biāo)準(zhǔn)短比例拉系)三大系列上”。熱處理不可強(qiáng)化的5x x x伸試樣，在SHT4605微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)系鋁合金由于其強(qiáng)度、成型性和抗腐蝕性等方面上完成拉伸試驗(yàn)。具有與鋼板相近的優(yōu)點(diǎn)，能用于汽車內(nèi)板等形狀表1正交試驗(yàn)化學(xué)成分設(shè)計(jì)表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% )復(fù)雜的部位。5182鋁合 金作為工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)MgMF用的一-種鋁合金主要用于加工易拉罐蓋、汽車車水平140.20.15身板、操縱盤、加強(qiáng)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(yàn)結(jié)果與分析性能對減輕車體重量和減少環(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(yàn)確定的9種合金成分的實(shí)測值見1試驗(yàn)方法表2。對比表1和表2,可見試樣的實(shí)測成分與預(yù)先試驗(yàn)原材料采用工業(yè)純鋁、Al-10%Mn、Al-設(shè)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(yàn)中5182鋁合金化學(xué)成分實(shí)測(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% )10%Zn、A1-20%Fe以及AZ91D鎂合金。采用正.試樣編號MgMnFeSiZnCuCrTiAI作者簡介: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(yàn)設(shè)計(jì)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(yīng)正交試驗(yàn)中1~9號試樣)圖1未變質(zhì)5182鋁合金正交試驗(yàn)試樣高倍顯微組織結(jié)合能譜分析，在試驗(yàn)合金中Mg2Al,相主要以灰色絮狀(見圖1a、c、d)或片狀(見圖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(xù)或間斷的黑色網(wǎng)絡(luò)狀分布在晶界附近(見圖1a、c、d. g)。由于Si含量基本沒有變化，因此MgSi相的數(shù)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(見圖1a、c、f)，當(dāng)溶質(zhì)元素含量增加時(shí)，(FeMn)Al。相還會(huì)以夾角為90°的四邊形狀的黑色相析出(見圖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(dāng)含量為4%時(shí)(見圖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(dāng)Mn含量為0.2%時(shí)，晶絮狀分布，而隨著含量的增加，在晶粒中會(huì)出現(xiàn)粒中有明顯的( FeMn) Al。析出相(見圖1c、部分呈片狀的Mg2Al,相(見圖1d、e、f)，并且隨e、g)，當(dāng)Mn含量為0.35%時(shí)，晶粒中黑色的著Mg加人量的增加而變的越來越多(見圖1g、h、( FeMn) Al。相明顯增多(見圖1b、d、i)，而當(dāng)i)。Mn含量為0.5%時(shí)，晶界處的( FeMn ) Al。相數(shù)目又此外，在5182鋁合金中，Mg原子還會(huì)與合金明顯減少(見圖1a、f、h)。中少量的Si形成Mg2Si相(見圖2中的A和C)。由針對這一現(xiàn)象，有文獻(xiàn)認(rèn)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不利于其長出分枝，而易長成度為637.6C而Mg2Al,的形成溫度為450C。因而，粒狀。另外，一- 部分Fe固溶于ALMn中形成粒狀的在鋁合金凝固的過程中，鋁熔體中就會(huì)最先形成( FeMn ) Al。相。也就是說，Mn的加入可以有效的Mg2Si相。通過對Mg2Si和Mg2Al,相結(jié)構(gòu)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(shù)相差10%左右(Mg2Si的晶格常數(shù)為的形貌。因此，隨著Mn含量的增加，鋁合金中所a=b=0.573nm，c=0.954nm; Mg2Al;的 晶格常數(shù)為析出的富鐵相數(shù)目反而減少。a=b=c=0.635nm)。雖然兩者- -種 屬于體心立方結(jié)在元素周期表中，F(xiàn)e與Mn同為過渡元素，且構(gòu)，另一種屬于密排六方結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)Mg2Al,中的元素性質(zhì)較為相似，原子大小相近。鋁液凝固過( 420)面與Mg2Si中的(221)面平行的時(shí)候，兩程中，F(xiàn)e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(yīng)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(dá)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(見圖2中的B和C)，析出相的EDX測量結(jié)果示小相近，為使得自由能達(dá)到最低，F(xiàn)e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(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% )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程時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)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(dá)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。通過對80TFeAl與( FeMn ) Al。相結(jié)構(gòu)的比較,兩者同屬于立26050方晶系，晶格常數(shù)相差不到10% ( Al,Fe的晶格常號20趙230數(shù)為a=b=c=0.579nm; ( FeMn ) Al。的晶格常數(shù)為照222冊書210a=b=c=0.631nm)。當(dāng)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(dāng)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。相的周圍(見圖3中由圖4可見，隨著合金元素的增加( 由水平的B和C)，析出相的EDX測量結(jié)果見表4。-增加到水平二)強(qiáng)度隨之增加，當(dāng)合金元素含量繼續(xù)增加(水平三)，合金的強(qiáng)度出現(xiàn)下降趨勢。結(jié)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，見圖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(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% )(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(xù)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(xiàn)(c) Mn圖5不同元素對5182鋁合金拉伸強(qiáng)度的影響[1] 白木，周潔.鋁材在汽車制造技術(shù)中的應(yīng)用[J]有色設(shè)備，2002 (2) : 17-19 .由圖5可以直觀的看出，Mg含量在4.5%時(shí)[2] Badia F A. Effect of composition and heat treatment on the(圖5a)，F(xiàn)e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(qiáng)度最大，性能最Modem Castings, 1996， 50: 104- -115好。[3] 陸書蓀，顧開道，鄭來蘇.有色合金及其熔煉{M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，19783結(jié)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)通過正交試驗(yàn)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鋁合金車輪轂的熔煉與重力鑄造工藝中國專利CN101758204A本發(fā)明涉及一種鋁合金車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(dá)到740 ~ 760C時(shí)，通過氮?dú)鈱⒕珶拕┐等肴刍疫M(jìn)行精煉; (2) 在調(diào)質(zhì)室內(nèi)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(fù)合變質(zhì)及細(xì)化處理，并向調(diào)質(zhì)室內(nèi)吹人氮?dú)膺M(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。