C5M4鋁鎂合金鑄件熱處理工藝探索
技術交流
作者：韓明濤 易天平 許鬆桔
摘要：高鐵牽引電機傳動端蓋和非傳動端蓋的材料為C5M4T6鑄造鋁鎂合金。國內科技文獻關於C5M4材料相關報道很少，株洲聯誠集團有限責任公司在高鐵牽引電機傳動端蓋和非傳動端蓋的國產化研發過程中，對鑄件的熱處理工藝進行了大量的試驗，總結得出C5M4材料最佳的熱處理工藝，並應用於批量生產，產品質量穩定，取得了較好的效果。
關鍵詞：C5M4鋁鎂合金；熱處理；固溶溫度；固溶時間；力學性能 文獻標識碼：A
中圖分類號：TG242 文章編號：1009-2374（2015）21-0082-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.041
1 C5M4材料化學成分及機械性能要求
與鋁合金AC7A相比，C5M4抗拉強度與延伸率均有一定提高（砂型鑄造AC7A抗拉強度≥140MPa，延伸率≥6%），C5M4主要強化相為Al8Mg5和Al2Cu強化相，與鎂元素的含量相比，銅元素的含量差一個數量等級，故本文對Al2Cu強化相不做更多討論。
2 C5M4鑄態組織
鋁-鎂二元相圖，鎂在鋁中最小溶解度為1.9%，最大溶解度為17.4%。富鎂部分鋁和鎂形成β（Al8Mg5）相，在450℃發生共晶反應L→α+β。C5M4含鎂量為3.5～4.5%，根據鋁-鎂相圖，組織轉變為L→α+L→α→α+β。合金α液態冷卻至T1（約650℃）時，開始從L相中析出α相，直至T2（約580℃）時，L相全部轉化為α相；T2～T3（約250℃）間，合金為單一α相，隨溫度下降組織不發生變化；溫度下降至T3以下時，從α相析出相，直至室溫組織為α相、β相兩相共存。
C5M4鑄態組織，基體為α固溶體，質點相為Al8Mg5，均勻分布在α基體中，沿晶界有聚集現象。Al8Mg5是脆性化合物，會降低合金的力學性能，並且Al8Mg5電極電位低，抗電化學腐蝕性較差，需要通過熱處理，使Al8Mg5相完全溶入基體，使合金呈過飽和狀態，得到固溶強化效果，提高合金力學性能、抗蝕性能。
3 C5M4鋁鎂合金鑄件熱處理工藝試驗
參照鋁矽合金和鋁鎂合金的處理工藝，我們初步製訂C5M4T6熱處理工藝如下：
3.1 實驗方法
實驗采用同一批次砂型鑄造標準鋁合金試棒，在SSXF-5-12A爐中按照不同熱處理工藝進行熱處理，然後在UTM5305拉伸試驗機上進行拉伸實驗，並磨製金相試樣，在4XC金相顯微鏡下觀察金相組織。
3.2 實驗結果
3.3 實驗分析
3.3.1 T6熱處理對C5M4組織和性能的影響。C5M4經過T6熱處理（固溶530℃×4h水淬，時效200℃×4h空冷）後的金相組織，Al8Mg5相固溶入基體，數量減少，殘留相體積也較小，晶界處黑色塊狀為Mg2Si。C5M4加熱至530℃時形成單相α固溶體，溫度下降至T3以下時，析出β相，由於鎂和鋁原子的擴散速度慢，冷速稍快就能抑製β相的析出，在室溫時得到過飽和單相固溶體。過飽和固溶體有自發分解的傾向，分解過程叫脫溶。單一α相抗腐蝕性較好，通過熱處理，即便有β相殘留，在電化學腐蝕中β相電極電位更低，不斷被腐蝕，最後仍為單一α相，使腐蝕終止。
在金相製備過程中，鑄態試樣在0.5%氫氟酸水溶液腐蝕下，20min左右能顯示出晶界，而經過T6熱處理後，需要40min以上才能顯示出清晰晶界，也從側麵說明了：（1）T6熱處理後合金抗腐蝕性能有較大提高；（2）晶界處聚集的α相大部分固溶進入了α相。