摘要：研究了三级涂装工艺对T6处理和双级时效工艺下的低压铸造A356合金轮毅力学性能和组织的影响。研究表明：三级涂装工艺使T6状态下合金的抗拉强度增加15N／mm2，双级时效工艺条件下A356合金抗拉强度增加了5N／mm2，屈服强度增加了15N／mm2，对合金伸长率基本没有影响。电导率和DSC分析表明，三级涂装工艺不同程度地改变了合金中强化相和平衡相的分布数量和密度、引起了合金力学性能的变化。该研究对进一步优化A356合金轮毂T6处理工艺和双级时效工艺具有一定的意义。 关键词：涂装工艺；T6状态；A356铝合金；电导率 铝合金轮毂是钢制轮毂的良好替代品，已广泛应用于轿车和客车上。2000年世界铝合金轮毂需求量已达1.1亿只。权威人士预测[1]，在未来十年内，我国轿车轮毂铝化率达到或接近50％，按照每辆轿车5轮（1轮备用）和50%的轮毂的铝化率计算，并考虑其他车辆及维修零售所用铝轮毂，预计2010年我国铝轮毂需求量将超过1000万只，2020年将超过18000万只，因此铝合金轮毂市场潜力巨大。 为了提高铝合金轮毂运行可靠性、耐久性以及外观装饰性，铝合金轮毂在热处理后一般要进行涂装处理。在涂装处理之前要进行除油、除锈、磷化三个工序的预处理。在预处理后期需要进行烘干处理，其温度为210℃，烘干后进行涂装，根据厂商的要求进喷涂、粉末涂料、电镀等涂装工艺，喷漆、电镀后进行烤漆。目前常用的烤漆工艺为160℃、100℃双重烤漆。因此涂装烘烤工艺对T6处理的铝合金轮毂的组织和力学性能有一定的影响。研究涂装工艺对合金力学性能的影响，对优化T6热处理工艺具有一定的实际意义。 1试验过程 目前铸造铝合金轮毂的主要合金为A356合金，其成分见表1，轮毂成形后，进行T6热处理，固溶温度540℃，时间6h，时效温度180℃，时间4h，时效后按照表2参数进行三级涂装。 表1 A356合金轮毂各合金元素质量分数 ％
表2 A356合金轮毂三级涂装工艺参数
拉伸试验用来研究合金力学性能的变化。拉伸试棒在轮毂上轮缘处取样，拉伸试棒加工成5倍标准拉伸试棒。拉伸试验在WDW－50微机控制电子万能试验机上进行，拉伸速率为5mm／s。 电导率和DSC试验用来研究合金的微观组织变化。电导率测量在室温下进行，其试样为20mm×8mm×4mm的矩形试样，研究合金位错、析出相和固溶情况的变化；DSC试验在DSC差热分析仪上进行，试样为直径5mm、高度1mm的圆形试样，热处理后，立即进行DSC分析，研究强化相和平衡相的析出转变温度和峰值的变化。 2试验结果与讨论 研究合金在T6及双级时效两种热处理工艺条件下硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率的变化：T6工艺为540℃6h＋180℃4h；双级时效工艺为540℃6h＋110℃2h＋180℃4h。 2.1涂装工艺对合金力学性能的影响 涂装对两种热处理工艺条件下合金的强度性能的影响见图1，对伸长率的影响见表3。表3两种涂装工艺制度下A356合金的伸长率 ％
从图1可以看出，涂装工艺对两种热处理工艺合金性能的影响趋势一致，一级涂装后，合金的强度性能降低，经过二级涂装，合金的强度性能增加，而经过三级涂装，合金的性能又有所降低，但相对未涂装工艺，合金的性能呈增加的趋势，尤其对于双级时效工艺，涂装工艺对强度的影响更为明显。从表3可以看到，涂装工艺对伸长率的影响并不明显。因此，涂装工艺在不改变合金伸长率的情况下，在一定程度上提高了合金的强度性能。
图1涂装工艺对A356合金热处理后强度的影响 2.2电导率分析
对T6工艺下三级涂装状态下A356合金进行电导率测试，结果如图2所示。
图2涂装工艺对T6状态下A356合金电导率的影响 2.2电导率分析
对T6工艺下三级涂装状态下A356合金进行电导率测试，结果如图2所示。
由图2可知，经过一级涂装后，合金的电导率显著上升，二级涂装后，电导率有所下降，三级涂装后，合金电导率又有所回升，相对于一级涂装来说，二级涂装和三级涂装对合金电导率影响不大。文献[2]研究热处理对Cu-Mg-Cr合金的电导率的影响时指出，由于铬溶入铜基体中，使自由电子在运动过程中发生散射的几率增加，导致电导率下降。对于A356合金来说，一级涂装后，一方面由于α-Al中固溶的硅元素继续从基体中脱溶，另一方面析出的硅元素可作为Mg2Si的形核核心[3-4]，使Mg2Si聚集长大，降低了Mg2Si在基体中分布的均匀性和致密度，从而降低了合金对自由电子的散射率，从而导致了电导率增加。关于合金微观组织对电导率的影响，二级涂装和三级涂装对合金电导率有一定影响，但变化不大，说明此时硅的脱溶和Mg2Si的聚集长大已基本结束。 2.3 DSC分析 文献[5]研究A356合金屈服强度模型时指出，硅在α-Al中的固溶度在0.5％～1.2％之间，由于硅的固溶产生屈服强度增加不超过2N／mm2～3N／mm2。关于Al-Mg-Si合金的强化机制，文献[6-8]认为，合金的脱溶序列为过饱和α固溶体-GP区-β″相-β′相-β相，当形成GP区时，GP区与基体在边界附近产生弹性应变，阻碍了位错运动，提高合金的强度；随着时效时间的延长，CP区迅速长大成针状或棒状即为β″相，其C轴方向的弹性共格结合引起的应变场最大，它的弹性应力也最高，当β″相长大到一定的尺寸，它的应力场遍布整个基体，应变区几乎相连，此时合金的强度较高；在β″相的基础上，Mg、Si原子进一步富集形成局部共格的β′过渡相，其周围基体的弹性应变达到最大值，强度有所下降；当形成稳定的β相时，失去了与基体的共格关系，共格应变消失，强度相比有所下降。因此，合金强度的变化应主要归结为其沉淀析出相之间的转变。
图3不同热处理工艺下A356合金的DSC曲线 对A356合金在固溶状态、T6工艺及三级涂装工艺进行DSC分析，见图3所示。对固溶态DSC曲线进行分析，其中A点为GP区析出峰，B点为β″相析出峰，C1、C2为β′析出峰，D为β平衡相析出峰。比较固溶态和时效态DSC曲线，β″和β′析出温度基本一样，但时效态DSC曲线β″峰值明显高于固溶态DSC曲线。时效态曲线β相析出温度增加，因为时效工艺有利于强化相β″和β′相的析出，从而阻碍了平衡相β的析出。一级涂装DSC曲线β相的析出温度降低，相比一级涂装，二级涂装DSC曲线β相的温度增加，而三级涂装β相的析出温度又有所降低，且三级涂装β相析出峰值明显增加，而β″和β′相的峰值明显弱化。在A356合金中，合金的强度增加主要来自于β″和β′相的沉淀强化，而平衡相对合金的强度没有贡献。时效后，合金强度增加，由于时效过程中形成了大量弥散的β″和β′相，一级涂装后，有利于α′和β′相向平衡相β相的转变，强化相数量降低，″、而使合金强度降低；二级涂装后，合金强度增加可能是因为二级涂装阻碍β″和β′相向平衡相β相的转变，而固溶体中空位和位错的释放使强化相增加的缘故；三级涂装后，合金平衡相β相大大增加，β″和β′相的数量减少，从而使合金的强度有所降低。 3结论 （l）涂装工艺对T6工艺和双级时效工艺条件下A356合金力学性能的影响趋势一致，三级涂装后，T6工艺下合金抗拉强度增加17N／mm2，屈服强度增加不明显；双级时效工艺下合金屈服强度增加21N／mm2，抗拉强度增加5N／mm2；涂装工艺对两种热处理工艺下合金的仲长率影响不明显。 （2）一级涂装使合金电导率增加，主要是因为合金中α-Al中硅的脱溶和Mg2Si相的聚集长大，降低了一级涂装后合金的强度；二级涂装和三级涂装后合金电导率变化不大，说明此时硅的脱溶和Mg2Si相的聚集长大已基本结束。 （3）DSC试验较好地解释了涂装工艺对合金力学性能的变化，涂装工艺影响了合金平衡相β相的转变温度。一级涂装后β相转变温度降低，有利于强化相向平衡相的转变，降低合金的强度；二级涂装后，合金β相转变温度增高，合金强度增加的原因可能是二级涂装阻碍了β″和β′相向平衡相β相的转变，而固溶体中空位和位错的释放使强化相增加的缘故；三级涂装后，合金β相的转变温度降低，且β相峰值明显增加，β相数量的增加是合金强度降低的主要原因。 研究发现，涂装工艺在一定程度上提高合金的强度性能，而不影响其伸长率，因此涂装工艺的研究对于优化T6热处理工艺具有一定的实际意义。 |
