基金项目：国家重点研发计划资助项目（2016YFB0300905）。
祝哮，郑建，王丽萍，吴金凤，曹帅（辽宁忠旺集团有限公司，辽阳111003）
摘要：采用显微组织分析、扫描电镜（SEM ）观察和拉伸试验等方法研究了不同Fe 元素含量对6063铝合金组织与性能的影响。研究结果表明，当Fe 元素含量为0.2%时，晶粒平均尺寸最小，力学性能最好。相组成为：α（Al ）、Mg 2Si、AlFeSi、FeAl 3。当使用565℃×10h 均匀化制度处理后，合金铸态组织中的枝晶网络基本溶解，非溶相和枝晶偏析基本消除，电导率最大，均匀化程度高。
关键词：6063铝合金；Fe 含量；均匀化处理；显微组织；力学性能中图分类号：TG146.21，TG292文献标识码：A
文章编号：1005-4898（2021）01-0012-05
doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2021.01.03
0前言
近年来，铝及铝合金在汽车轻量化应用上得到
了越来越多的关注[1]
。6063合金属于可热处理强化的Al-Mg-Si 系铝合金。该合金具有中等强度、良好的可挤压性、耐蚀性高、焊接性好以及较低的密度等优点[2]
。6063铝合金中含有少量的Fe 元素。一
般情况下，Fe 作为杂质元素，在合金中形成的杂质相对6×××系合金的综合性能是有害的[3-4]。H.TANIHATA 等人对6×××系合金中AlFeSi 相的形成进行了较为详细的研究，认为冷却速度决定了AlFeSi 相的形成种类[5]
。但有关Fe 元素含量对
AlFeSi 相形成的影响方面的研究较少，是否可通过合理控制Fe 元素来对6×××系合金进行有益影响仍未可知。本文通过对6063铝合金添加不同含量的Fe 元素来探讨不同Fe 元素含量对6063合金铸锭微观组织及力学性能的影响，为6063合金成分优化提供理论基础。
1试验材料与方法
1.1试验材料
试验以6063为基础材料，设计三种不同Fe 含
量的合金成分，设计成分如表1所示。
表16063铝合金化学成分（质量分数/%）
国标
设计1设计2设计3
Si 0.2~0.60.390.390.39
Mg 0.45~0.90.510.510.51
Fe 0.350.100.200.30
杜鹃的诗句Cu 0.10.020.020.02
Ti 0.10.030.030.03
1.2试验过程
本试验程序为石墨坩埚炉内静置浇铸，分别对不同Fe 含量（0.1%、0.2%和0.3%）的合金进行试制试验。在石墨坩埚炉中每次投入约5kg 左右高纯铝锭及中间合金碎块，于750℃熔化后进行搅拌、扒渣、除气、精炼及静置等工艺处理，然后浇入石
墨模具内，铸成ϕ80mm×300mm 的合金圆铸锭。试制工艺如表2所示。
表2
石墨坩埚炉铸造工艺主要参数
模具预热200℃/5min
熔炼温度/℃750
精炼剂用量/g 4
搅拌扒渣/min 2刘思彤
静置设置750℃/20min
浇铸温度/℃750
冷却方式空冷
将不同铸锭分别沿轴向切半，分别用于铸态和均匀化退火的组织及力学性能试验。在铸锭心部和边部各切取30mm×30mm×30mm 作为金相检测试样。试样经过磨样、抛光后，选用Keller 腐蚀液
·
·12
（1%HF、1.5%HCl、2.5%HNO 3、95%H 2O，体积分数％）进行组织腐蚀，试验采用Axio-Imager 蔡司显微镜观察金相显微组织，并计算显微组织晶粒度。在铸锭轴向方向分别切取3个30mm×180mm×30mm 条状试块制备拉伸力学试样和电导率试样；试验采用Sigmatest2.069涡流电导仪在室温（23℃）下进行电导率测量并采用ZX-LX-004电子万能试验机进行力学性能测试，施加载荷为100kN。为保证测试的准确性，电导率实测需5个点以上，力学性能实测3组，取其平均值作为电导率和力学性能值。
2试验结果
明星唱功排行2.1不同Fe 含量对6063铸态铝合金组织的影响
图1为不同Fe 含量的6063铸态合金中心和边
部的微观晶粒组织。Fe 含量依次为0.1%、0.2%、0.3%的铸锭中心位置的高倍晶粒度分别为2.5级、3.0级和3.0级；边部位置的高倍晶粒度依次为4.0级、3.5级和3.0级。当Fe 含量为0.1%时，心部与边部晶粒尺寸差别较大，产生这种差异的原因可能是由于铸锭凝固是从铸锭轴向外表面向里先开始形核与长大[6]。在凝固初期，铸锭壁面上形成极大的过冷度使铸锭表面迅速形成细小的等轴晶。当Fe 含量为0.2%、0.3%时，合金凝固过程中对过冷度的敏感性较小，铸锭内部晶粒尺寸基本保持一致。
不同Fe 含量的6063铸态铝合金显微组织如图2所示。铸态合金组织中枝晶网络上存在大量共晶体，共晶体以α（Al ）+Mg 2Si 为主，同时存在少量的其他相。并且合金内部的晶粒尺寸不均匀，伴有大量枝晶，连续枝晶网络显著，甚至出现了二次
枝晶等。
对比不同Fe 含量的6063铝合金显微组织可以发现，当Fe 含量为0.1%时，第二相在晶界处大量
析出，枝晶数量多，枝晶间距大；当Fe含量＞0.1%时，晶界平直、细小，枝晶数量减少，枝晶间距增加，第二相含量降低，晶内有少量弥散相析出；当
（a ）0.1%Fe-心部（b ）0.2%Fe-心部（c ）0.3%Fe-心部
（d ）0.1%Fe-边部
（e ）0.2%Fe-边部
（f ）0.3%Fe-边部
图1
不同Fe 含量的6063铝合金晶粒组织
（a ）0.1%Fe
（b ）0.2%Fe
（c ）0.3%Fe
图2
不同Fe 含量的6063铝合金显微组织
100μm
100μm 100μm 50μm 50μm 50μm
·
·13
（a ）0.1%Fe
（b ）0.2%Fe
（c ）0.3%Fe
图3
不同Fe 含量的6063铸态合金SEM 形貌
（a ）0.1%Fe （b ）0.2%Fe （c ）0.3%Fe
图4均匀化565℃×10h 对不同Fe 含量的6063铝合金处理的显微组织
Fe 含量为0.3%时，组织中开始出现形状规则的颗
粒相。
图3为不同Fe 含量的6063铝合金SEM 形貌图。表3为第二相能谱分析结果。从图中可以看出，6063合金铸态组织的晶界呈网状分布，晶界处存在较大的析出相和共晶组织，枝晶网络发达。
根据能谱分析结果可知，6063合金第二相主要由Mg 2Si、AlFeSi、FeAl 3及单质Si 相组成。AlFeSi 相通常呈狭长的板条状，单质Si 通常呈形状规则的块状。由表3可知，单质Si含量随着Fe含量增加而增大。FeAl 3相主要呈针状，针状相对基体产生强烈的割裂作用，会对合金的综合力学性能产生不利影响[7]。
50μm 50μm 50μm
西红柿鸡蛋汤表3铸态合金不同位置的EDS 能谱分析（原子百分数/%）点位置（a ）-1（a ）-2（a ）-3（a ）-4（b ）-1（b ）-2（b ）-3（b ）-4（c ）-1（c ）-2（c ）-3（c ）-4
Mg 1.81.61.51.71.51.61.41.61.6-1.41.6
Al 71.592.597.497.295.579.080.797.3
78.194.894.897.2
Si 9.42.91.01.01.76.56.51.1
18.33.42.31.2
Fe 17.93.3--1.29.99.3-2.11.81.5-相推断
α（Al ）+Mg 2Si+AlFeSi+FeAl 3
α（Al ）+Mg 2Si+AlFeSi
α（Al ）+Mg 2Si α（Al ）+Mg 2Si
α（Al ）+Mg 2Si+AlFeSi
α（Al ）+Mg 2Si+AlFeSi+FeAl 3α（Al ）+Mg 2Si+AlFeSi+FeAl 3α（Al ）+Mg 2Si
α（Al ）+Mg 2Si+AlFeSi+Si α（Al ）+AlFeSi +Si α（Al ）+Mg 2Si+AlFeSi
李昊翰α（Al ）+Mg 2Si 2.2对6063铝合金均匀化退火组织的影响
图4为不同Fe 含量的6063铸态合金在均匀化565℃×10h （空冷）后的显微组织。从图中可以看出，经均匀化处理后，铸态合金中粗大的共晶组织和非平衡低熔点共晶相逐渐溶解，枝晶网络逐渐变得稀疏，晶界上的残留相及共晶组织由连续分布
逐渐转变为断续沿晶界分布[8-9]。由三组试验对比可
知，当6063合金中Fe 含量为0.2%时，枝晶网络溶解最充分，且合金中的枝晶网络非常稀疏，非溶相和枝晶偏析基本消除，与此同时残留相最少。2.3对6063铝合金性能的影响
图5（a ）为均匀化处理前后不同Fe 含量6063合金的电导率。从图中可以看出，随着Fe 含量的增加，电导率呈先增加后减小的趋势。自由电子理论认为，金属内部存在缺陷和杂质，缺陷和杂质产生的静态点阵畸变和热振动引起的动态点阵畸变对电子波造成散射，从而产生电阻。也就是说凡是阻碍电子运动或是增加电子波散射概率的因素都能增加电阻降低电导率[10]。其中Fe 含量为0.2%时，晶界平直、细小，晶界处第二相含量较低，试验测得电导率较高。均匀化565℃×10h 处理前、后电导率分别
为53.0%IACS、51.7%IACS。
图5（b ）、（c ）和（d ）分别为铸态及均匀化565℃×10h 处理后与不同Fe 含量的6063合金力学
·
·14
（a ）电导率（b ）屈服强度
（c ）抗拉强度（d ）延伸率
图5铸态与均匀化对不同Fe 含量的6063合金性能的关系
Fe 的质量分数/%Fe 的质量分数/%
Fe 的质量分数/%Fe 的质量分数/%
性能的关系（屈服、抗拉及延伸率）。从图中可以看出，添加不同Fe 含量对6063合金力学性能有一定的影响，随着Fe 含量的增加，力学性能（屈服强度、抗拉强度及延伸率）均呈先升高后降低的趋势，当Fe 含量为0.2%时，性能最佳。这主要是由于适量的Fe 含量可以促进凝固过程中形成晶核，从
而起到晶粒细化作用。而随Fe 含量的提高，会造成基体上初生相增多，从而严重影响合金的力学性能。
3结论
（1）6063铸态合金析出相及共晶组织大量集
中或偏聚在晶界上，随Fe 含量的增加，晶粒大小、枝晶数量及枝晶间距均呈先减少后增加趋势，Fe 含量为0.2%时最佳。
（2）6063铝合金经565℃×10h 均匀化处理后，当Fe 含量为0.2%时，枝晶组织网络完全溶解，且非溶相和枝晶偏析基本消除，残留相非常稀少。
老有所依演员表（3）添加不同Fe 含量对6063合金力学性能有一定的影响，随着Fe 含量的增加，力学性能呈先升高后降低的趋势，当Fe 含量为0.2%时，性能最佳。参考文献
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Effects of different Fe contents on microstructure
and properties of 6063aluminum alloy
Zhu Xiao,Zheng Jian ，Wang Liping ，Wu Jinfeng ，Cao Shuai (Liaoning Zhongwang Group Co.,Ltd.,Liaoyang 111003,China ）
Abstract :The effects of different Fe content on the as-cast and homogenized annealing microstructure and properties of 6063alumi⁃num alloy were studied by means of optical microscope,scanning electron microscope ((SEM ））and tensile test.The results show that when Fe content is 0.2%,the average grain size is the smallest and the mechanical properties are the best.Phase composition:Al,Mg 2Si,AlFeSi,FeAl 3.After treatment w ith the 565℃×10h hom ogenization system,the dendrite network in the as-cast structure was basically dissolved,and the insoluble phase and dendrite segregation were basically eliminated,with the maximum conductivity and high homogenization degree.
Keywords :6063aluminum alloy;Fe content;homogenization;microstructure;mechanical properties
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