Al-5Ti-0.25C晶粒细化剂对6063铝合金组织性能的影响
王海超1，杨化冰1，刘桂亮2，孙谦谦2，刘相法1
【摘 要】摘要：试验研究了Al-5Ti-0.25C细化剂对6063铝合金铸锭晶粒尺寸的影响，并分析了其对热挤压行为及挤压材力学性能的影响规律。结果表明，未添加细化剂时，6063铝合金的显微组织主要由平均晶粒尺寸460 μm的粗大晶粒构成；添加Al-5Ti-0.25C后，晶粒尺寸明显减小。在热压缩试验中，随着晶粒尺寸的减小,其进入稳态流变阶段时对应的真应力逐渐减小，挤压过程中所需要的挤压力降低，挤压棒材的再结晶晶粒尺寸也随之减小，此外，Al-5Ti-0.25C细化剂还可提高挤压材的硬度、伸长率等力学性能。 【期刊名称】轻合金加工技术 【年(卷),期】2017(045)005 【总页数】6
【关键词】6063铝合金；Al-5Ti-0.25C中间合金；晶粒细化；力学性能 【文献来源】
https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_light-alloy-fabrication-
technology_thesis/0201222146518.html
6063铝合金具有较好的挤压性能和机加工性能，强度和塑性较高[1]，易阳极氧化和着色，广泛应用于建筑、通讯及化工领域，如铝合金门窗、家用电器、通讯仪表等。近年来,随着其应用范围的扩展，有些领域对该合金型材的力学性能、覆膜均匀性、表面光泽度等要求越来越高[2-3]。为了满足市场的需求，需从熔铸、挤压、热处理和表面处理等环节对生产工艺进行优化。改善铸锭质量是整个生产工艺流程中的首要环节[4-5]，也是目前大多数铝型材生产厂家容易忽略和难以有效控制的工序。
在6063铝合金铸锭的生产过程中，添加Al-Ti-C、Al-Ti-B和Al-Ti-C-B等细化剂可以细化晶粒，有效地减少铸锭缺陷[6-8]。目前，关于细化剂对于铝合金组织及性能影响规律的研究较多，例如，有学者发现6063铝合金中添加质量分数为2.0%左右的Al-5Ti-0.25C后，其晶粒尺寸会达到最小值[9]。但细化剂对铝合金的塑性加工变形过程及成品质量的影响规律缺少系统研究。铸锭的组织与其随后的加工变形过程有着密切的联系，不仅影响挤压过程的变形抗力、挤压速度等[10]，而且对挤压成品的性能、表面质量以及挤压模具的寿命有重要的影响。热模拟试验是研究材料热变形过程的重要方法，通过分析某一温度和应变速率下的流变行为，可以有效指导铝合金材料热加工工艺的选择[11-14]。 本试验通过向6063铝合金中添加不同量的Al-5Ti-0.25C细化剂，获得不同晶粒尺寸的铸锭，并通过热模拟试验机分析了铸锭的显微组织及晶粒尺寸对挤压过程及型材性能的影响，为改善6063铝合金挤压工艺和产品质量提供依据。
1 试验材料及方法
试验原料为：6063铝合金；Φ9.5 mm的杆状Al-5Ti-0.25C中间合金作细化剂(山东吕美熔体技术有限公司提供)。将一定量的6063铝合金置于160 kW中频感应炉中加热熔化至720℃，进行精炼处理。待熔体温度恒定后，加入不同质量分数(0、0.2%、2.0%)的Al-5Ti-0.25C中间合金并充分搅拌，保温15 min后浇铸KBI环模试样和Φ80 mm×1 200 mm铸锭。将铸锭在箱式热处理炉中进行均匀化退火，其工艺为560℃，保温6 h，随炉冷却。 随后将锭坯料加热至450℃，在5.5 MN卧式挤压机上将其挤压成Φ14 mm的棒材，对挤压棒材进行T6热处理，工艺为560℃固溶保温1 h，水淬，175℃时效处理8 h，空冷。
使用DF-200东仪直读光谱分析仪对合金成分进行分析，6063铝合金铸锭的化学成分如表1所示。使用SU-70型场发射扫描电镜对本试验用Al-5Ti-0.25C细化剂进行显微组织分析。浇铸在KBI环模中的样品经过取样、磨制、抛光处理后，用王水腐蚀液(w(HCl)∶w(HNO3)∶w(H2O)=6∶3∶1)腐蚀，在MX-2005C光学显微镜下观察金相组织，采用截线法测量晶粒尺寸。根据GB/T 228-2010标准的要求，取样加工成如图1所示的拉伸试样；在铸锭上取Φ10 mm×15 mm的样品进行Gleeble热模拟压缩试验。采用HB-3000C硬度计测试布氏硬度，在CMT4204微电子万能试验拉伸机上测试拉伸性能，并使用扫描电镜对断口进行分析。
2 试验结果与分析
2.1 Al-5Ti-0.25C的显微组织和物相分析
由图2的XRD图谱和显微组织照片可以看出，Al-5Ti-0.25C中间合金主要由TiAl3、TiC和α-Al三种物相组成。TiAl3主要呈不连续的板片状，呈流线分布；TiC粒子主要呈不规则多面体状，大部分TiC粒子尺寸在1 μm以下，并呈偏聚现象，但高倍分析发现该粒子无密实型团聚现象。 2.2 Al-5Ti-0.25C对6063铝合金显微组织的影响
通过向6063铝合金中添加不同量的Al-5Ti-0.25C中间合金，使其铸锭组织得到改善，获得三种晶粒尺寸的铝合金铸锭。未添加细化剂时，6063铝合金铸锭晶粒粗大，平均晶粒尺寸约为460 μm，如图3a所示；添加质量分数为0.2%的细化剂时，其晶粒尺寸可细化至110 μm左右，并且晶粒形貌由树枝晶变为等轴晶；当添加质量分数增至2.0%时，其平均晶粒尺寸可减小至46 μm，也为等轴晶。由此可以看出，Al-5Ti-0.25C细化剂对6063铝合金铸锭具有较好
Al-5Ti-0.25C晶粒细化剂对6063铝合金组织性能的影响
