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【摘 要】文章研究了合金元素对3104铝合金组织和力学性能的影响。3104铝合金中包含MnAl6相、（FeMn）Al6相和Mg2Si相等。随着Mg含量的增加，合金的塑性降低。随着Mn含量的增加，合金强化作用明显，但塑性亦随之降低。Fe/Si比值对合金强度和塑性洋浦显著影响，不能忽视。
【关键词】3104铝合金；合金元素；微观组织；力学性能
【中图分类号】TG146.21 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）09-0071-02
3104铝合金是Al-Mn-Mg系不可热处理强化铝合金，具有密度小、强度高、抗蚀性好、易深冲成形等特点，是生产易拉罐等防腐性能要求比较高的产品的主要材料。Mn、Mg、Si、Fe等主要合金元素成分配比，对材料的微观组织及力学性能影响较大。本文研究在一定的熔炼条件下（熔炼温度、保温时间、搅拌条件），配制不同分数的Mn、Mg、Si、Fe成分3104铝合金铸锭，对铸锭均匀化处理后进行热轧、冷轧成型，并对冷轧态板材进行退火处理。通过对比分析Mn、Mg、Si、Fe等合金元素成分配比对3104铝合金微观组织及力学性能的影响，为3104铝合金生产提供参考。
1 实验方案
在铸造温度为740 ℃，冷却水压为0.04 MPa条件下，配制5组不同化学成分配比的铝合金铸锭。经过热轧、冷轧成型制成板材。在加热温度分别为590 ℃、600 ℃、610 ℃、620 ℃、630 ℃，保温时间为12 h条件下进行均匀化退火处理。3104铝合金化学成分配比见表1。
2 3104铝合金均匀化退火的微观组织
3104铝合金包含MnAl6相、（FeMn）Al6相和（Al、Fe、Mn、Si）四元相及Mg2Si相等。析出相不均匀，随均匀化温度升高，晶界和晶粒中心析出少，析出相长大，密度减小，晶粒内部的偏析逐步减少。在加热590 ℃均匀化处理后，明显减少了块状物。在加热620 ℃后出现熔球，有过烧现象。在加热630 ℃以后，过烧较严重。热轧前退火温度过高会造成元素析出物粗大，应选择较低的均匀化退火温度。3104铝合金均匀化退火的微观组织如图1所示。
3 合金元素对3104铝合金组织和性能的影响
在590 ℃加热、保温12 h条件下均匀化退火处理，测量3104铝合金力學性能，见表2。
3.1 Mg对合金组织和性能的影响
在3104铝合金中Mg与Si作用形成Mg2Si强化相，当Mg、Si质量比大于1.71时，出现多余的Mg，降低了Mg2Si的溶解度，强化相析出粗化。过剩的Mg与Al形成Al8Mg5化合物，如果呈弥散状态分布于晶内和晶界，合金抗蚀性能明显提高。铸锭中存在少量Mg2Si相时，抵抗变形能力降低。在Mg2Si大量熔解时，提高铝合金的强度，增加其抵抗变形的能力。当Mg含量继续增加，其含量对抗拉强度和屈服强度的影响并不明显，强度反而有所下降。随着Mg含量的增加，铝合金的塑性显著减小。
3.2 Mn对合金组织与性能的影响
从表2看出，随着Mn含量的增加，强化效果显著，延伸率呈下降趋势。随着Mn含量增加强度降低，是由于Fe和Si比例较大，溶入基体中产生大量块状（FeMn）A16形成的。另外，Mn可能造成合金具有较大的过冷，产生偏析现象。均匀化退火后Mn在晶相偏聚，在基体第二相晶界附近出现白色亮点。Mn含量在1.05%左右时铝合金容易造成加工硬化。
3.3 Si对合金组织和性能的影响
Si在铝合金中不易溶解，溶解于铝合金中的少量Si，粗大化了铝合金晶界，降低了材料的耐腐蚀性。Mg2Si化合物在铝合金中的溶解能力随温度的降低而减小。
3.4 Fe/Si对合金组织与性能的影响
杂质Fe和Si常温下很难固溶，铁铝合金基体中形成（FeMn）A16相。Si、Mn、Al产生三元相，溶入Fe形成四元相。Fe/Si加速Mn热变形时在基体中的分解，增加铝合金的性能。均匀化处理后铝合金微观组织出现粗大针状和块状。如果Fe、Mn含量高，在轧制过程中发生破碎棱角尖锐。Si的存在会形成粗大的片状Al（FeMnSi）相，对合金造成不良影响。由表2可知，Fe/Si值处于1.73左右时，显著降低铝合金材料的强度，塑性得到提高。由此，必须合理控制Fe/Si比值和Fe、Si含量。
4 结语
3104铝合金中Mg与Si作用形成Mg2Si和Al8Mg5相及复杂的三元相和四元相。当Mg、Si元素质量百分比比值大于4.8时，容易产生粗大的Mg2Si相。Mg含量增加，材料的塑性越低，Mg含量控制在1.19%左右。
Mn主要形成MnAl6、（FeMn）Al6化合物，（Al，Mn，Si）三元相及（Al，Fe，Mn，Si）四元相。MnAl6容易析出，随着Mn含量的增加，铝合金强化明显，但塑性降低，Mn含量控制在0.93%左右。
Fe/Si对3104铝合金的组织和性能有着明显的影响。Fe/Si越大，材料第二相化合物的含量越高，塑性越低，Fe/Si应控制在1.69左右。
参 考 文 献
[1]黄玉凤.合金元素对铝合金铸件组织和性能的影响[J].有色金属，2010，62（2）：17-19.
[2]朱彤，吴建军，靳力，等.热处理工艺对新淬火态硬铝合金薄板组织性能的影响[J].航空学报，2012，33（4）：
763-770.
[3]孙东立，姜石峰.均匀化处理对3004铝合金显微组织的影响[J].中国有色金属学报，1999（3）：556-561.
[4]卢敬华.均匀化温度、热轧道次对3104制罐板化合物形貌的影响[J].铝加工，2003（6）：25-28.
[5]佟长清.3004合金铸锭锰偏析及均匀化处理[J].轻合金加工技术，1997（1）：33-38.
[责任编辑：钟声贤]
【关键词】3104铝合金；合金元素；微观组织；力学性能
【中图分类号】TG146.21 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）09-0071-02
3104铝合金是Al-Mn-Mg系不可热处理强化铝合金，具有密度小、强度高、抗蚀性好、易深冲成形等特点，是生产易拉罐等防腐性能要求比较高的产品的主要材料。Mn、Mg、Si、Fe等主要合金元素成分配比，对材料的微观组织及力学性能影响较大。本文研究在一定的熔炼条件下（熔炼温度、保温时间、搅拌条件），配制不同分数的Mn、Mg、Si、Fe成分3104铝合金铸锭，对铸锭均匀化处理后进行热轧、冷轧成型，并对冷轧态板材进行退火处理。通过对比分析Mn、Mg、Si、Fe等合金元素成分配比对3104铝合金微观组织及力学性能的影响，为3104铝合金生产提供参考。
1 实验方案
在铸造温度为740 ℃，冷却水压为0.04 MPa条件下，配制5组不同化学成分配比的铝合金铸锭。经过热轧、冷轧成型制成板材。在加热温度分别为590 ℃、600 ℃、610 ℃、620 ℃、630 ℃，保温时间为12 h条件下进行均匀化退火处理。3104铝合金化学成分配比见表1。
2 3104铝合金均匀化退火的微观组织
3104铝合金包含MnAl6相、（FeMn）Al6相和（Al、Fe、Mn、Si）四元相及Mg2Si相等。析出相不均匀，随均匀化温度升高，晶界和晶粒中心析出少，析出相长大，密度减小，晶粒内部的偏析逐步减少。在加热590 ℃均匀化处理后，明显减少了块状物。在加热620 ℃后出现熔球，有过烧现象。在加热630 ℃以后，过烧较严重。热轧前退火温度过高会造成元素析出物粗大，应选择较低的均匀化退火温度。3104铝合金均匀化退火的微观组织如图1所示。
3 合金元素对3104铝合金组织和性能的影响
在590 ℃加热、保温12 h条件下均匀化退火处理，测量3104铝合金力學性能，见表2。
3.1 Mg对合金组织和性能的影响
在3104铝合金中Mg与Si作用形成Mg2Si强化相，当Mg、Si质量比大于1.71时，出现多余的Mg，降低了Mg2Si的溶解度，强化相析出粗化。过剩的Mg与Al形成Al8Mg5化合物，如果呈弥散状态分布于晶内和晶界，合金抗蚀性能明显提高。铸锭中存在少量Mg2Si相时，抵抗变形能力降低。在Mg2Si大量熔解时，提高铝合金的强度，增加其抵抗变形的能力。当Mg含量继续增加，其含量对抗拉强度和屈服强度的影响并不明显，强度反而有所下降。随着Mg含量的增加，铝合金的塑性显著减小。
3.2 Mn对合金组织与性能的影响
从表2看出，随着Mn含量的增加，强化效果显著，延伸率呈下降趋势。随着Mn含量增加强度降低，是由于Fe和Si比例较大，溶入基体中产生大量块状（FeMn）A16形成的。另外，Mn可能造成合金具有较大的过冷，产生偏析现象。均匀化退火后Mn在晶相偏聚，在基体第二相晶界附近出现白色亮点。Mn含量在1.05%左右时铝合金容易造成加工硬化。
3.3 Si对合金组织和性能的影响
Si在铝合金中不易溶解，溶解于铝合金中的少量Si，粗大化了铝合金晶界，降低了材料的耐腐蚀性。Mg2Si化合物在铝合金中的溶解能力随温度的降低而减小。
3.4 Fe/Si对合金组织与性能的影响
杂质Fe和Si常温下很难固溶，铁铝合金基体中形成（FeMn）A16相。Si、Mn、Al产生三元相，溶入Fe形成四元相。Fe/Si加速Mn热变形时在基体中的分解，增加铝合金的性能。均匀化处理后铝合金微观组织出现粗大针状和块状。如果Fe、Mn含量高，在轧制过程中发生破碎棱角尖锐。Si的存在会形成粗大的片状Al（FeMnSi）相，对合金造成不良影响。由表2可知，Fe/Si值处于1.73左右时，显著降低铝合金材料的强度，塑性得到提高。由此，必须合理控制Fe/Si比值和Fe、Si含量。
4 结语
3104铝合金中Mg与Si作用形成Mg2Si和Al8Mg5相及复杂的三元相和四元相。当Mg、Si元素质量百分比比值大于4.8时，容易产生粗大的Mg2Si相。Mg含量增加，材料的塑性越低，Mg含量控制在1.19%左右。
Mn主要形成MnAl6、（FeMn）Al6化合物，（Al，Mn，Si）三元相及（Al，Fe，Mn，Si）四元相。MnAl6容易析出，随着Mn含量的增加，铝合金强化明显，但塑性降低，Mn含量控制在0.93%左右。
Fe/Si对3104铝合金的组织和性能有着明显的影响。Fe/Si越大，材料第二相化合物的含量越高，塑性越低，Fe/Si应控制在1.69左右。
参 考 文 献
[1]黄玉凤.合金元素对铝合金铸件组织和性能的影响[J].有色金属，2010，62（2）：17-19.
[2]朱彤，吴建军，靳力，等.热处理工艺对新淬火态硬铝合金薄板组织性能的影响[J].航空学报，2012，33（4）：
763-770.
[3]孙东立，姜石峰.均匀化处理对3004铝合金显微组织的影响[J].中国有色金属学报，1999（3）：556-561.
[4]卢敬华.均匀化温度、热轧道次对3104制罐板化合物形貌的影响[J].铝加工，2003（6）：25-28.
[5]佟长清.3004合金铸锭锰偏析及均匀化处理[J].轻合金加工技术，1997（1）：33-38.
[责任编辑：钟声贤]