5182合金成分优化研究

《铝加工》2015年第3期总第224期技术工程5182合金成分优化研究孟繁平(东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨150060 )摘要:采用正交试验方法设计了不同成分的5182合金，通过研究其显微组织和性能，对5182合金成分进行优化。结果表明，在5182铝合金中主要存在有Mg$Si、Mg2Al]和 ( FeMn) Al。三种析出相，当5182铝合 金中Mg含量达到4.5%、Fe为0.35%、Mn含量为0.35%时，其性能最佳。关键词: 5182铝合金; 成分优化; Mg2Als; 性能改善;减重中图分类号: TG146.21文献标识码: A文章编号: 1005- -4898 (2015) 03-0030-05doi: 10.3969/jissn.1005- 4898.2015.03.070前言交试验设计的化学成分见表1。采用井式炉进行作为轻质结构材料，铝合金以其独特的性熔炼。化学成分分析取尺寸为35mmx25mm的小能越来越受到人们的青睐。目前国内外对汽车车试样并对表面进行抛光，通过能谱分析仪确定其身铝合金的研究主要集中在Al-Cu-Mg (2x x x成分。不同成分的金相试样经表面抛光、腐蚀液(5%HF)腐蚀后，在光学显微镜下进行组织形貌系)、Al-Mg(5x x x系)和AI-Mg-Si (6x x x观察。拉伸试样按GB/T1173加工成标准短比例拉系)三大系列上”。热处理不可强化的5x x x伸试样，在SHT4605微机控制电液伺服万能试验机系铝合金由于其强度、成型性和抗腐蚀性等方面上完成拉伸试验。具有与钢板相近的优点，能用于汽车内板等形状表1正交试验化学成分设计表(质量分数/% )复杂的部位。5182铝合 金作为工业生产中广泛应MgMF用的一-种铝合金主要用于加工易拉罐盖、汽车车水平140.20.15身板、操纵盘、加强件、托架等零部件。因此，水平24.50.35深人研究5182铝合金，对原有5182铝合金进行成水平30.5分优化，进一步改善合金的力学性能和塑性成型2试验结果与分析性能对减轻车体重量和减少环境污染具有重要意义。2.1不同成分对组织的影响上述正交试验确定的9种合金成分的实测值见1试验方法表2。对比表1和表2,可见试样的实测成分与预先试验原材料采用工业纯铝、Al-10%Mn、Al-设定的化学成分基本吻合。7%Si、Al-50%Cu、 Al-10%Ti、 Al-5%Cr、 Al-表2正交试验中5182铝合金化学成分实测(质量分数/% )10%Zn、A1-20%Fe以及AZ91D镁合金。采用正.试样编号MgMnFeSiZnCuCrTiAI作者简介:盂繁平(1972-)，男，黑龙江哈尔滨人，工程师。中国煤化工收稿日期: 2015-01-12MYHCNM HG30●孟繁平，5182合 金成分优化研究技术工程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图1为正交试验设计的不同成分的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分别对应正交试验中1~9号试样)图1未变质5182铝合金正交试验试样高倍显微组织结合能谱分析，在试验合金中Mg2Al,相主要以灰色絮状(见图1a、c、d)或片状(见图1f、50μ巴h)存在于晶粒中，并随溶质元素含量的增加而增多，在晶广广广中国煤化工平图1i)。Mg2SiTYHCNMHG31●《铝加工》2015年第3期总第224期技术工程相主要以连续或间断的黑色网络状分布在晶界附近(见图1a、c、d. g)。由于Si含量基本没有变化，因此MgSi相的数量也基本不变。( FeMn) Al相在5182铝合金中主要是以黑色颗粒状存在于晶粒中(见图1a、c、f)，当溶质元素含量增加时，(FeMn)Al。相还会以夹角为90°的四边形状的黑色相析出(见图1g)。2.1.1不同Mg含量对5182铝合金组织的影响S 3400N 20 0kV 11.7mm x500 SE 7/15/20091o0um在5182铝合金中，Mg作为添加量最多的合金图2 Mg元素析出相的SEM照片元素，其析出相也最多。当含量为4%时(见图2.1.2不同Mn和Fe含量对5182铝合金组织的影响1a、b、c)，灰色的Mg2Al,相主要集中在晶界，呈在5182铝合金中，当Mn含量为0.2%时，晶絮状分布，而随着含量的增加，在晶粒中会出现粒中有明显的( FeMn) Al。析出相(见图1c、部分呈片状的Mg2Al,相(见图1d、e、f)，并且随e、g)，当Mn含量为0.35%时，晶粒中黑色的着Mg加人量的增加而变的越来越多(见图1g、h、( FeMn) Al。相明显增多(见图1b、d、i)，而当i)。Mn含量为0.5%时，晶界处的( FeMn ) Al。相数目又此外，在5182铝合金中，Mg原子还会与合金明显减少(见图1a、f、h)。中少量的Si形成Mg2Si相(见图2中的A和C)。由针对这一现象，有文献认为2、3),初生Al,Fe .Mg- -Si二元合金相图可以得知，Mg2Si相的形成温相中含有较多的Mn不利于其长出分枝，而易长成度为637.6C而Mg2Al,的形成温度为450C。因而，粒状。另外，一- 部分Fe固溶于ALMn中形成粒状的在铝合金凝固的过程中，铝熔体中就会最先形成( FeMn ) Al。相。也就是说，Mn的加入可以有效的Mg2Si相。通过对Mg2Si和Mg2Al,相结构的比对，抑制Al,Fe相的危害，改善了铝合金中一些富铁相两者晶格常数相差10%左右(Mg2Si的晶格常数为的形貌。因此，随着Mn含量的增加，铝合金中所a=b=0.573nm，c=0.954nm; Mg2Al;的 晶格常数为析出的富铁相数目反而减少。a=b=c=0.635nm)。虽然两者- -种 属于体心立方结在元素周期表中，Fe与Mn同为过渡元素，且构，另一种属于密排六方结构，但是当Mg2Al,中的元素性质较为相似，原子大小相近。铝液凝固过( 420)面与Mg2Si中的(221)面平行的时候，两程中，Fe与Mn同时富集在固-液界面的液相中,种相之间从理论上讲应该具有- -定的共格关系。Al,Fe相最低成相温度为645C，而MnAl。相最低成因此，为了使得铝液中自由能达到最低，就会形相温度在710C，相差近70C。在这种情况下,成以Mg2Si相为核心外面包裹着Mg2Al,和MgsAl。的组MnAl。相优先成相，而由于Fe与Mn元素的原子大织(见图2中的B和C)，析出相的EDX测量结果示小相近，为使得自由能达到最低，Fe原子就会替于表3。代先形成相中Mn原子的位置，形成另-种骨状或表3图2中析出相的EDX测量结果(质量分数/% )者是颗粒状的(FeMn) Al。相。尉海军、张磊”等.测试点MgAlSi人在研究富铁相形貌的过程时发现，只有当Mn和A5.5491.093.36Fe的摩尔比在1.5时，Mn对富铁相的改善效果才会B.0792.93C5.7653.5540.91达到最佳。中国煤化工在一定比例的MYHCNMHG32孟繁平，5182合金成分优化研究技术工程情况下才会形成颗粒状的( FeMn) Al相。通过对80TFeAl与( FeMn ) Al。相结构的比较,两者同属于立26050方晶系，晶格常数相差不到10% ( Al,Fe的晶格常号20赵230数为a=b=c=0.579nm; ( FeMn ) Al。的晶格常数为照222册书210a=b=c=0.631nm)。当Al,Fe中的 (400)、(440)190-和(444)面分别与(FeMn) Al。中的(331)、t6(611)和(544)面平行的时候，从理论上讲两so0者具有一-定的共格关系。因此，当Mn含量不足合金试样号时，多余的Fe原子就会与基体铝形成Al,Fe相并且图4不同成分5182合金的常温力学性能包裏在先形成的(FeMn)Al。相的周围(见图3中由图4可见，随着合金元素的增加( 由水平的B和C)，析出相的EDX测量结果见表4。-增加到水平二)强度随之增加，当合金元素含量继续增加(水平三)，合金的强度出现下降趋势。结合由正交分析软件分析得出的各个元素对性能的影响曲线，见图5。210 -，20盛195-190]S 3400N 20 OkV 11.7mm x500 SE 7/15/2009100um175-图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图3中析出相的EDX测量结果(质量分数/% )(a) Mg测试点Mg_A1FeMn210 7A5.6471.9922.37205 -B5.0890.72 .4.205.5672.5817.174.69195-2.2不同成分对性能的影响威190图4为不同成分5182合金的常温力学性能。= 185180-175 ;0.15 0.20 0.25 0.30 0.35(b) Fe中国煤化工MYHiCNM HG33●《铝加工》2015年第3期总第224期技术工程/专利荟萃210的铝合金性能最佳。205-(2)在5182铝合金中主要存在有Mg2Si、200-Mg2Alg和( FeMn) Al6三种析出相。其中Mg2Alz相主要以灰色絮状存在于晶粒中，Mg2Si相主要190 t以连续或间断的黑色网络状分布在晶界附近，北185-(FeMn) Al.相主要是以黑色颗粒状存在于晶粒180-中。175+ -0.200.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0. 50含量/%参考文献(c) Mn图5不同元素对5182铝合金拉伸强度的影响[1] 白木，周洁.铝材在汽车制造技术中的应用[J]有色设备，2002 (2) : 17-19 .由图5可以直观的看出，Mg含量在4.5%时[2] Badia F A. Effect of composition and heat treatment on the(图5a)，Fe含量在0.35%时 (图5b)，Mn含量在tensile properties of an Al-11.5Si- -5Ni Casting Alloy [].0.35% (图5c )时铝合金的拉伸强度最大，性能最Modem Castings, 1996， 50: 104- -115好。[3] 陆书荪，顾开道，郑来苏.有色合金及其熔炼{M].北京:机械工业出版社，19783结论[4] 尉海军，张磊.改善铝中富铁相形貌对电磁净化的影响0.铸造，2005， 54(4) : 363-366(1)通过正交试验可以得知，在5182铝合金(编辑: 张为宾)中Mg添加4.5%、Fe添加0.35% 、Mn也添加0.35%时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铝合金车轮毂的熔炼与重力铸造工艺中国专利CN101758204A本发明涉及一种铝合金车轮毂的熔炼与锺力铸造工艺,包括如下步骤: (1) 将铝合金进行熔化,在熔化室温度达到740 ~ 760C时，通过氮气将精炼剂吹入熔化室进行精炼; (2) 在调质室内添加A1- Sr中间合金、混合稀+(Re)和Al-Zr中间合金，对铝合金熔液进行复合变质及细化处理，并向调质室内吹人氮气进行二次除气; (3) 铝合金熔液进入使用室进行保温备用，熔液温度保持在690 ~ 720公之间; (4) 将合金熔液倒入模具进行汽件，例i士法4出妈二中再慢，每次倒人中国煤化工时间为23 ~ 25ms。o上述工艺不但可有效起到排渣除气的作用，而且变质、rYHCNM HG质量。