C5M4铸铝合金T6热处理工艺

株洲九方热表技术有限公司 （412001) 易忠宏 王铁锋 郑业方 姜 影 张旭东

C5M4是从日本引进的一种铝镁系铸造铝合金，主要化学成分如表1所示，T6热处理后力学性能指标如表2所示。

表1 C5M4化学成分（质量分数） （%）

表2 C5M4铸铝合金T6处理后力学性能指标

由于目前国内对于C5M4 T6处理的相关研究报道极少，故通过试验对其工艺参数进行探究，为今后C5M4性能研究和工艺改进提供依据。

1.试验方法

以相同冶炼炉号的标准铸造铝合金砂铸试棒作为试验对象。通过选择不同的T6处理工艺参数，检测试棒的力学性能，选择试验数据的平均值作为该次试验的数据结果。固溶处理在SX-5-12型小箱式电阻炉进行，时效处理在SX2-4-10型小箱式炉进行，试样拉伸在CMT5105微机控制电子万能试验机上进行。

对固溶处理加热温度和保温时间、时效处理加热温度和保温时间4个工艺参数进行了试验研究。

2.固溶处理加热温度的研究

试验选取了从400～590℃区间10个不同温度进行固溶处理，采用相同固溶保温时间及相同人工时效工艺，试验结果如图1所示。

由图1可以看出，在520℃以下，强度和伸长率总体均随温度升高而提高。分析认为铸态组织中含有β相，在温度低于520℃下固溶处理，不能将β相充分溶解到基体中，部分残留β相沿着晶界分布，导致在时效过程中新析出的β相也沿着晶界分布，而β相硬而脆，割离基体，宏观材料性能表现出抗拉强度和伸长率均较低。由金相图2可看出，此时强化相β相（Mg5Al8）沿晶界分布，与分析一致。随着固溶加热温度的升高，β相溶解到基体中也越多，时效后沿晶界分布越少，割离基体能力减弱，所以宏观上表现出材料抗拉强度和伸长率随着温度升高均提高。

图1 不同固溶温度条件下材料性能变化趋势

图2 经 440℃固溶金相图

在520℃以上温度加热固溶时，随着温度的升高，抗拉强度和屈服强度强度均表现为提高的趋势，但提高幅度较小。这是因为随着固溶加热温度升高，原β相更多的溶解到基体中，时效析出的新β相也越多，所以强度表现上升的趋势；又因在520℃固溶处理时大部分原β相已经溶解，时效析出的新β相增加很少，故强度提高幅度不大。

伸长率随着温度升高呈下降趋势。因在520℃或更高固溶处理时，原β相大部分已经溶解，原β相对伸长率作用减弱，而时效析出的新β相增多，对伸长率影响加强，所以伸长率在520℃以上温度表现为下降趋势。金相图3显示520℃时β相已经不再沿晶界分布，而是均匀分布，与分析相一致。

图3 520℃固溶金相

当固溶加热温度为570℃时，金相图4显示出现小三角晶界，晶粒开始粗化，晶界开始变得粗大，析出相β相开始团聚，说明此时已有过烧的倾向，只是不明显，所以对性能影响不是很大；当在590℃固溶时，试棒表面已明显出现褶皱，说明温度已过高，导致试棒熔化，此时力学性能也很差，金相图5显示已出现三角晶界、晶界复熔加粗和共晶复熔现象，说明材料已经过烧。

图4 经570℃固溶处理后的金相图

图5 590℃固溶处理后的金相图

综合上述分析得知，C5M4较适合的固溶处理加热温度范围为520～550℃。

3.固溶处理保温时间的研究

试验选取3组试棒，分别在530℃下保温1h、2.5h、4h后水冷淬火，再经相同条件人工时效处理，试验结果如图6所示。

图6 材料性能随固溶时间延长变化折线

可看出随着固溶保温时间的增长，抗拉强度和屈服强度缓慢提高；而伸长率与强度变化相反，呈现缓慢下降趋势。分析认为随着固溶保温时间的延长，更多的溶质原子溶解在基体中，时效后析出更多的强化相，从而使材料强度提高，塑性下降；而变化缓慢是由于溶质原子的溶解速度很快，530℃处理1h后溶质原子大部分已经溶解在基体中，随着时间的延长，只有少部分的溶质原子继续溶解在基体中，所以强度提高缓慢，伸长率降低缓慢。

综上所述，C5M4在530℃下固溶时，保温时间由1h变成4h，试棒的强度随时间延长而提高，但提高幅度不大。

4.人工时效加热温度的研究

试验选取5组试棒，均在530℃保温4h固溶处理后，分别在120℃、150℃、170℃、200℃、220℃进行时效处理，检测试棒力学性能，如图7所示。

图7 材料性能随时效温度升高变化

由图看出，随着时效温度的提高，抗拉强度和屈服强度提高，在170℃以下时效，材料时效强化效果不好；200℃时效时，抗拉强度和屈服强度有极大值；在220℃时效，材料强度下降。根据时效强化过程，200℃时为峰值时效阶段，此时时效效果较好；220℃时过度相开始脱离基体，强度开始下降，这时已有过时效的趋势。

在220℃时效处理后，试棒的伸长率较200℃时效处理的急剧提高，这显示时效析出的β相开始脱离基体，表明时效温度偏高。

综上所述，试棒在170～200℃时效处理后得到的综合力学性能较好，所以C5M4的理想人工时效加热温度区间为170～200℃。

5.人工时效保温时间的研究

试验选取4组试棒，在530℃保温4h固溶处理后，分别在200℃保温1h、2h、3h、4h，检测每组试棒的力学性能，结果如图8所示。

图8 材料性能随时效时间延长变化

由图8可以看出，随着时效时间的加长，抗拉强度逐渐提高，但幅度很小。随着时效时间的延长，析出的强化相逐渐变多，强化效果越明显，但时效1h大部分强化相已经析出，继续时效，少量的强化相继续析出，所以强化效果增加缓慢。

综上所述，C5M4在200℃人工时效温度下，保温时间由1h延长到4h，抗拉强度和屈服强度均缓慢上升。

（20121204）