第7期 蔡元华等：喷射成形含锰高强A一Z一MgCu的组织和性能 .757. 锰元素的高强Al一Zn一MgCu合金，研究锰元素对 铝合金组织和性能的影响，从而为含锰铝合金成分 2结果和讨论 设计和制备加工提供可靠的依据 2.1微观组织 1实验方法 所制备的含锰铝合金具有典型的快速凝固组织 特征，即：近球形的等轴晶形貌，晶粒大小较为均匀， 喷射成形制备含锰铝合金在本实验室内的设备 尺寸一般为15~30m,如图1(a)所示.沿晶粒边 上完成，实验用合金成分为（质量分数）：8.8%Zn、 界，有灰色的析出相分布，析出相多呈片状（或不规 2.9%Mg、1.6%Cu、2.0%Mn、0.12zr%、Al余量. 则方形)或短棒状：短棒状析出相颗粒的直径通常 所用原料为B96I母合金、A1-一10%Mn中间合金、 5m以下，其长径比一般不大于3，沿长轴方向的外 镁块(99.8%)和纯Zn(化学纯).雾化气体为工业 形轮廓呈曲线，且长轴方向是随机的：而片状颗粒的 级氮气，雾化压力0.4~0.45MPa,合金熔炼用真空 最大尺寸多小于3m,在晶粒内部，有少量的颗粒 中频感应炉，石墨熔炼坩锅，铝合金液体雾化温度为 状灰色析出相分布，晶粒内部析出的灰色相尺寸一 800~850℃，接收距离为400mm,沉积坯经车削加 般较小，直径小于2m,XRD分析结果显示沉积合 工成直径90mm的圆柱体，然后在425℃进行热挤 金主要由a一Al、Mgnz和MnAl6组成，通常情况下 压，挤压比为20：1. MgZ2相颗粒的尺寸较小，在光学显微镜下难以观 固溶处理温度485℃，固溶时间90min,均采用 测到，所以颗粒尺寸较大的灰色析出相应是MnAl6 水冷处理，热处理炉控温精度为士1℃，时效处理采 颗粒，从微观组织的角度去考虑材料的性能，在雾 取两种制度：一种是常规的T6处理，即120℃× 化沉积制坯的过程中，控制含锰相的析出和析出颗 24h处理；另一种为130℃×20h 粒的大小，使含锰相颗粒更加细小均匀分布于基体 利用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜等 中，对材料的最终性能将更加有利， 分析铝合金组织、物相和断口形貌 6000 (b) a-Al .MnAl o MgZn, 5000 Q-Al a-Al @-Al 2000 ) 1500 1000 500 2025303540455055606570758085 204m 20(e) 图1沉积态合金典型金相组织(a)及X射线衍射谱(b) Fig.1 Typical microstructure (a)and XRD spectrum (b)of as deposited Al-Zn-Mg Cu-Mn alloy 在后续的致密化热挤压中，沉积坯的等轴晶粒 沿挤压方向被拉长，呈现纤维状的组织形貌，晶粒边 界难以区分（图2），由于铝合金中含有较多的过渡 族元素Mn和少量的Zr元素，沉积过程中形成金属 间化合物，有较强的钉扎效应，故经过热挤压后，铝 合金具有严重的挤压效应，虽然挤压温度为425℃， 也没有发现挤压合金内存在明显的再结晶现象， 尤其值得注意的是：经过热挤压后，除部分尺寸 20um 较大的MnAl6颗粒发生破碎外，棒状MnAl的排列 方向发生了一些变化，长轴趋向于热挤压方向，而不 图2挤压态合金的光学金相显微组织 再像沉积态合金那样，长轴呈随机的排列；从形貌上 Fig.2 Optical micrograph of the alloy extruded at 420C锰元素的高强 Al－Zn－Mg－Cu 合金‚研究锰元素对 铝合金组织和性能的影响‚从而为含锰铝合金成分 设计和制备加工提供可靠的依据． 1 实验方法 喷射成形制备含锰铝合金在本实验室内的设备 上完成‚实验用合金成分为（质量分数）：8∙8％Zn、 2∙9％Mg、1∙6％Cu、2∙0％Mn、0∙12Zr％、Al 余量． 所用原料为В96Ц 母合金、Al－10％Mn 中间合金、 镁块（99∙8％）和纯 Zn（化学纯）．雾化气体为工业 级氮气‚雾化压力0∙4～0∙45MPa‚合金熔炼用真空 中频感应炉‚石墨熔炼坩锅‚铝合金液体雾化温度为 800～850℃‚接收距离为400mm．沉积坯经车削加 工成直径90mm 的圆柱体‚然后在425℃进行热挤 压‚挤压比为20∶1． 固溶处理温度485℃‚固溶时间90min‚均采用 水冷处理．热处理炉控温精度为±1℃‚时效处理采 取两种制度：一种是常规的 T6处理‚即120℃× 24h处理；另一种为130℃×20h． 利用 X 射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜等 分析铝合金组织、物相和断口形貌． 2 结果和讨论 2∙1 微观组织 所制备的含锰铝合金具有典型的快速凝固组织 特征‚即：近球形的等轴晶形貌‚晶粒大小较为均匀‚ 尺寸一般为15～30μm‚如图1（a）所示．沿晶粒边 界‚有灰色的析出相分布‚析出相多呈片状（或不规 则方形）或短棒状：短棒状析出相颗粒的直径通常 5μm以下‚其长径比一般不大于3‚沿长轴方向的外 形轮廓呈曲线‚且长轴方向是随机的；而片状颗粒的 最大尺寸多小于3μm．在晶粒内部‚有少量的颗粒 状灰色析出相分布‚晶粒内部析出的灰色相尺寸一 般较小‚直径小于2μm．XRD 分析结果显示沉积合 金主要由α－Al、MgZn2 和 MnAl6 组成‚通常情况下 MgZn2 相颗粒的尺寸较小‚在光学显微镜下难以观 测到‚所以颗粒尺寸较大的灰色析出相应是 MnAl6 颗粒．从微观组织的角度去考虑材料的性能‚在雾 化沉积制坯的过程中‚控制含锰相的析出和析出颗 粒的大小‚使含锰相颗粒更加细小均匀分布于基体 中‚对材料的最终性能将更加有利． 图1 沉积态合金典型金相组织（a）及 X 射线衍射谱（b） Fig．1 Typical microstructure （a） and XRD spectrum （b） of as deposited A-l Zn-Mg-Cu-Mn alloy 在后续的致密化热挤压中‚沉积坯的等轴晶粒 沿挤压方向被拉长‚呈现纤维状的组织形貌‚晶粒边 界难以区分（图2）．由于铝合金中含有较多的过渡 族元素 Mn 和少量的 Zr 元素‚沉积过程中形成金属 间化合物‚有较强的钉扎效应‚故经过热挤压后‚铝 合金具有严重的挤压效应‚虽然挤压温度为425℃‚ 也没有发现挤压合金内存在明显的再结晶现象． 尤其值得注意的是：经过热挤压后‚除部分尺寸 较大的 MnAl6 颗粒发生破碎外‚棒状 MnAl6 的排列 方向发生了一些变化‚长轴趋向于热挤压方向‚而不 再像沉积态合金那样‚长轴呈随机的排列；从形貌上 图2 挤压态合金的光学金相显微组织 Fig．2 Optical micrograph of the alloy extruded at 420℃ 第7期 蔡元华等： 喷射成形含锰高强 Al－Zn－Mg－Cu 的组织和性能 ·757·