稳定化退火温度对Al-6Mg-0.3Mn-0.13Sc-0.13Zr合金板材组织和性能的影响

板材组织和性能的影响路丽英▽(1.东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨150060；2,中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙410083)摘要:试验研究了不同稳定化退火温度对Al-6Mg-O.3Mn-0.13ScO 13Zr合金冷轧板材组织和性能的影响。试验研究

结果表明：随稳定化退火温度的升高，板材强度下降而塑性升高，腐蚀抗力则先升而后降；合金板材经350T稳定化

退火lh可达到强度、塑性和耐蚀性的最佳配合。关键词:Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金；稳定化退火；Ah(Sc,Zr)粒子；耐蚀性能

中图分类号:TG166.3 文献标识码:A 文章编号：1007 - 7235(2019)08 - 0061 -05The effect of stabilizing annealing temperatures on microstructure and properties of Al-6Mg-0.3Mn-0.13Sc-0.13Zr alloy sheetLU Li-ying1 '2(1. Northeast Light Alloy Co. ,Ltd. , Harbin 150060, China ； 2・ School of Materials Science and

Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)Abstract: The investigation was carried out on the effects of different stabilizing annealing

temperatures on the microstructure and properties of Al-6Mg-0. 3Mn-0・ 13Sc-0・ 13Zr alloy

cold rolled sheets・ The results show that with the increase of stabilizing annealing tempera・

ture, the strength decreases, the plasticity increases, and the corrosion resistance first increa­

ses and then decreases ・ The best combination of strength, plasticity and corrosion resistance

can be achieved by stabilizing annealing at 350兀 for 1 h.Key words : Al-Mg-Mn-Sc-Zr alloy; stabilizing annealing； Al3 ( Sc, Zr) particles; corro­

sion resistanceAl-Mg系合金具有易加工成形、焊接性能好、比

强度高等优点而被广泛应用于航空航天、汽车制造、 舰船等领域[1'4]o与可热处理强化的Al-Zn-Mg-Cu 系合金不同,Al-Mg系合金属于中强不可热处理强化 合金，不能采用传统的固溶时效等热处理工艺来提

而即便w(Mg)达到7%，合金的抗拉强度最高值也 仅为440 N/mm2[6]；此外,Mg含量的提高，合金的耐

蚀性也会相应降低。Mg含量较低的Al-Mg系合金

S(Mg)w3.5%)具有优异的成形性和抗腐蚀性能。

而Mg含量较高的Al-Mg系合金的腐蚀问题和时效 软化问题一直阻碍了其开发。研究发现，在Al-Mg

高合金的强度。为了弥补Al-Mg系合金强度上的不

足,通常采用提高Mg含量方式来提高Al-Mg系合金 的性能[3-5]o随着Mg含量增加，合金强度提高；然系合金中复合添加Sc、Zr等微量元素不但能显 著改善合金的铸态组织，而且能显著提高Al-Mg系收稿日期:2019 -03 -20作者简介:路丽英(1980 -),女，内蒙古呼伦贝尔人，高级工程师。2D19, Vaia7, Nq8

她购细妙磁淤磁刃鲫礙磁©asgy 合金的再结晶温度，促进亚结构的强化效果,从而在 原有基础上极大程度地提高合金的综合性能2⑹o 新型Al-Mg-Sc-Zr合金比传统Al-Mg合金强度更高、

应用领域更广，因而引起了科学工作者的极大

关注⑴〕。近几年来，许多科学工作者对新型Al-Mg-Sc-Zr 合金的性能、粒子析出特性及强韧化机理进行了大 量的研究报道，系统阐述了 Al3(Sc,Zr)粒子特性及

其对提高Al-Mg系合金强度的重要贡献tl2-171o然 而很少有研究涉及Al-Mg-Sc-Zr合金变形组织的演

变特性与后续热处理过程中的再结晶行为和耐蚀性

能之间的内在联系没有得到系统阐述。因此，本文作者以 Al-6Mg-O.3Mn-O. 13Sc-0. 13Zr 合金作为研究对象，探讨了该合金冷变形条件下的

微观组织特征，揭示在Al3 ( Sc,Zr)粒子的影响下合 金的变形特性。并通过对不同稳定化处理温度下合

金的组织观察及耐腐蚀性能测试，阐明影响高Mg含

Sc铝合金耐蚀性能的组织特征。旨在为实现工业化

条件下生产制备新型高Mg低Sc合金提供理论及试 验依据。1 试验材料及过程研究材料为3 mm厚冷轧板，合金的名义化学成

分如表1所示。冷轧总变形量为78%。冷轧板分别

在200七、280七、320七、350七、420七和550七下进行 稳定化退火处理lh,出炉后空冷。用于组织分析的

样品均从板材中心部位截取。采用Leica DFC295金

相显微镜在偏光模式下对不同状态板材样品的纵截 面组织进行观察。所有金相样品在观察前都经过机 械抛光后再进行电解抛光和阳极覆膜处理。透射样 品的显微组织分析在Tecnai G 220ST上进行，加速

电压为200 kVo所有透射样品经机械减薄至100

)xm后再双喷减薄，减薄双喷液为30% HN03 +75%

CH30H(体积分数)，电流为55 mA,减薄温度控制在 -30^ ~ -20T 之间。拉伸试样取自板材的横向，拉伸速度为2 mm/

min,规格为 3 mm x 12. 5 mm x 170 mmo 采用 AST-

MG67标准测定实验合金的晶间腐蚀敏感性。表1实验合金的化学成分(质量分数/% )Table 1 Chemical composition of experimental

alloy ( wt/ % )MgMnSc

ZrFe SiTiAl6.00.30. 13 0. 130. 12

0.050.004余量2试验结果与分析2.1稳定化退火温度对合金力学性能的影响图1给出了 3 mm厚的试验合金冷轧板在不同 稳定化退火温度下的常温拉伸力学性能。68155 09000500450807UIUI4007035060 ・ N30050)/25040w

2001530Rg0100205010 00

Hl

8

2

)028032035o

42055o

退火温度/弋图1不同温度退火1h后合金板材的力学性能Fig. 1 Mechanical properties of the alloy sheets annealed at different temperatures for lh由图1可以看出，随着稳定化退火温度的升高, 强度下降,伸长率升高。在350七条件下退火时合金

具有较好的力学性能，这是由于冷轧态试验合金其

内部存在着大量相互缠结的位错胞，导致了合金的 强度高塑性低。而随着退火温度的升高，基体位错 密度下降,350*退火后发生了回复,合金的强度明 显降低，塑性提高。进一步提高退火温度，由于

Al3(Sc,Zr)相粒子与基体的共格关系逐渐消失和

Al3(Sc,Zr)相粒子部分粗化,粒子对位错的阻碍作

用减弱，基体逐步发生了再结晶，合金的强度降低而 塑性增加。2.2稳定化处理温度对合金晶间腐蚀性能的影响图2给出了试验合金在冷轧态和不同退火温度 条件下的晶间腐蚀重量损失结果。由图2可以看

岀，轧制态的合金板材对晶间腐蚀不敏感，其晶间腐 蚀损失重量小于15 mg/cm2;当退火温度为200T 时,合金的耐蚀性能最差，其重量损失值为50 mg/

cm?；随着退火温度的继续升高，其晶间腐蚀重量损

失值趋于平稳，对晶间腐蚀不敏感，其重量损失值约 为 5 mg/cm2 o这是因为冷轧状态的合金板材,在基体内存在

大量的位错，轧制应力没有消除，晶粒结构呈纤维

状，合金较容易腐蚀。在200T以下稳定化退火处 理,位错运动导致基体发生回复，与此同时Mg原子2D19, ValXJ7, Nq8沿着位错向晶界扩散，迅速形成极薄的B相网膜，此

仍然没有结束，仍然有部分纤维状组织存在。时腐蚀速率大，晶间腐蚀非常严重。而在200T以上 稳定化处理,随稳定化温度的升高，位错在极短时间 内移动到亚晶界上，卩相就会优先在亚晶界与晶界

的交切点上沉淀,随后Mg原子不断沿着亚晶界向晶 界传输，结果使B相变成粗大的颗粒分布于晶界上。

另一方面，基体内位错密度继续下降形成大量的亚

晶，随后发生局部再结晶，因而腐蚀速率显著下降， 晶间腐蚀性能得到改善问。2.3稳定化处理温度对合金组织的影响图3给出了不同稳定化处理温度合金的显微 组织。由图3可以看出,350t以下稳定化处理1 h,合 金板材仍然是纤维状变形组织;420^ 1 h稳定化处 理，合金开始再结晶;550七1 h稳定化处理,再结晶图2不同温度退火1 h后合金的晶间腐蚀结果Fig 2 Intergranular corrosion of the alloy sheets annealed at different temperatures for 1 ha-冷轧 b-200T：e-420 弋 £-550%：图3不同退火温度下保温1 h合金板材的金相组织Fig. 3 Microstructure of the alloy sheets after being annealed at different temperatures and held for 1 h2019, Vol/17, Nob试验合金经不同退火温度后的TEM照片如图4 所示。由图4a可以看到，合金经过78%的冷轧变形

磁 sasmgagw多分布于胞壁处，可以明显看到有晶界形成，这些晶 界多为小角度晶界(图4b)。而当退火温度升高至

后，其组织中存在大量相互缠结的位错胞,使板材获

550P,其组织仍为不完全的再结晶组织，随退火温

度的升高基体中的应变逐步消失，与基体共格的

得了极大的加工硬化效果，且内部有很大的内应力，

因此冷轧板强度高，塑性低。冷轧板在随后的稳定 化退火过程中，发生回复再结晶，内部位错逐渐消

Al3(Sc,Zr)相逐渐显露出来(图4c)。而与基体共格

的Al3(Sc,Zr)相可以起到抑制再结晶的作用，因此,

失，晶粒逐渐长大，在这个过程中合金的塑性得到很

试验合金比传统的Al-Mg合金具有更高的再结晶 温度。大的改善。35OT退火下合金内部位错明显减少，且

a-冷轧b-50tc-550\"C图4不同退火温度保温1 h的试验合金的透射照片Fig. 4 TEM images showing the microstructure of the experimental alloy after being annealed at different

temperatures and held for 1 h3 幻八人

‘口1匕 晶间腐蚀质量损失值先增加后降低，在200T退火条件下，合金板材耐晶间腐蚀性能最差。1) 随稳定化退火温度的升高,试验合金板材强

度下降，伸长率上升。

3)在本试验范围内，试验合金冷轧板材最佳稳定化退火处理工艺为350^1 h02) 随稳定化退火温度的升高，试验合金板材的参考文献： .[1 ] POLMEAR I J. Light alloys[ M]. 4th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann ,2005 ： 97 -204.[2] [3]

VARGEL C, JACQUES M,SCHMIDT M P. Corrosion of aluminium[ M]. Amsterdam: Elservier,2004: 61 -

69.GUPTA R K,SUKIMAN N L,CAVANAUGH M K,HINTON B R W,HUTCHINSON C R,BIRBILIS N. Meta­

stable pitting characteristics of aluminium alloys measured using current transients during potentiostatic polari- sationf J]. Electrochimica Acta,2012,66 ( 8) : 245 - 2.[4]

PENG Yong-yi, YIN Zhi-min,LEI Xue-feng,PAN Qing-lin, HE Zhen-bo. Microstructure and properties of fric­

tion stir welded joints of Al-Mg-Sc alloy plates[ J]. Rare Metal Materials and Engineering,2011,40(2) : 201

-205.[5 ] DAVIS J R. Metals Park. ASM handbook[ M]. OH: ASM International, 1990: 29 -35.[6] [7]

周 华，王悦娥.退火温度对Al-7.0Mg合金剥落腐蚀性能的影响[J]・铝加工,2001,24(5) ：32 -35.

潘青林，尹志民，邹景霞，陈显明，张传福.微量Sc在Al・Mg合金中的作用[J].金属学报,2001,37(7)：749 -753.遊飾vui/rz, Nq8[8] CHEN Qin,PAN Qing-lin,WANG Ying,ZHANG Zhi-ye,ZHOU Jian,LIU Chang. Microstructure and mechan­

ical properties of Al-5. 8Mg-Mn-Sc-Zr alloy after annealing treatment[ J]. Journal of Central South University,

2012,19(7):1785 -1790.[9]

JIA Zhi-hong,R0YSET J,SOLBERG J K,LIE Qing. Formation of precipitates and recrystallization resistance in Al-Sc-Zr alloys[ J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2012,22(8) : 1866 - 1871.杨福宝，刘恩克，徐 骏，张志峰，石力开.Sc、Zr和Er微合金化Al-5Mg填充合金的焊接热裂敏感性

[10]

[J].中国有色金属学报,2010,20(4)： 620 -627.[11]

[12]

黄宏峰，姜 锋，刘兴涛，周江，钟沐春，韦莉莉.Al3(Sc,Zr)粒子与剪切带对Al-Mg-Sc-Zr合金再结晶 及断裂行为的影响[J].中国有色金属学报,2015,25(5) : 1117 -1127.ZHANG Wei, XING Yuan, JIA Zhi-hong, YANG Xiao-fang, LIU Qing,ZHU Chang-luo. Effect of minor Sc and Zr addition on microstructure and properties of ultra-high strength aluminum alloy [ J ]. Transactions of

Nonferrous Metals Society of China,2014,24( 12) : 3866 -3871.[13 ] MARQUIS E A, SEIDMAN D N. Nanoscale structural evolution of Al3Sc precipitates in Al( Sc) alloys [ J].

Acta Materialia,2001,49( 11) ： 1909 - 1919.[14] [15]

[16]

聂波，尹志民，姜锋,蒋春丽，丛福官.稳定化退火工艺对铝镁铳合金力学和腐蚀性能的影响[J]. 材料热处理学报,2008,29(3): 58 -61.陈 琴，潘清林，王 迎，彭 虹，张志野，尹志民.微量Sc和Zr对Al-Mg-Mn合金组织与力学性能的

影响[J].中国有色金属学报,2012,22(6) : 1555 -1563.杜 冈9,杨 文，闫德胜，戎利建.Al-Mg-Sc-Zr合金中初生相的析出行为[J].中国有色金属学报，

2010,20(6) : 1083 -1087.[17 ] MENG Yi, ZHAO Zhi-hao, CUI Jian-zhong. Effect of minor Zr and Sc on microstructures and mechanical

properties of Al-Mg-Si-Cu-Cr-V alloys [ J ] . Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013,23 (7):1882 -18.[18]聂波，尹志民，姜锋，等.稳定化退火工艺对铝镁铳合金力学和腐蚀性能的影响[J].材料热处理学

报,2008,29(3) ：58 -61.美国35年来建的首个全新企业一布雷迪铝板带轧制厂美国新建的平地起家的布雷迪阿特拉斯公司（Braidy Atlas LLC）位于美国首塔基州（Kentucky）阿什兰市

（Ashland），是美国一些大的铝业公司与其他企业退休的高级管理人员与技术专家筹资组建的，是美国35年

来建的唯一个全新的完全平地起家的（green）铝合金板带轧制厂，专业生产汽车3 xxx系、5xxx系、6xxx系 铝合金ABS（ Autor-Body-Shoct,汽车车身薄板），计划2020年投产。美国自20世纪80年代中期以来就没有建

设过一个全新的铝板带生产厂，仅是对既有的几乎全部大型铝板带轧制厂进行程度不等的改扩建，扩建的

ABS生产能力几乎为原有生产能力的2倍。（王祝堂）