1．前言
目前，铝合金挤压型材越来越广泛地应用于汽车、船舶、铁路、航空航天等工业领域及建筑民用领域，世界上95%的铝型材是采用Al-Mg-Si系合金[1,2]，这主要是因为Al-Mg-Si系合金具有良好的成型性、焊接性和抗腐蚀性，同时具有中等强度，易于挤压成各种复杂的型材。在民用建筑铝型材生产中，广泛使用的合金是属于Al-Mg-Si系中的6061L(D30)和6063L(D31)铝合金。在6063铝合金中，Si和Fe的存在使得合金内部组织中出现多种AlFeSi 金属间化合物[3,4]，其中占主导地位的是β-AlFeSi硬脆相[5,6]，呈粗片状，易使合金铸锭在加工成线材的过程中表面裂纹。为此，采用添加Sr元素的方法，改变AlFeSi 金属间化合物，促进 β-AlFeSi转变为α-AlFeSi转变，对改善合金的综合性能具有一定的实际意义。
2．试样制备和试验方法
熔炼合金的原料为99.8%高纯铝、工业纯镁、Al-Si中间合金、AlTiB细化剂及Al-Sr中间合金。将上述原料按一定量和添加顺序置于石墨坩埚中，采用中频感应炉升温熔炼，熔炼温度为720～760℃。当炉料软化下塌时，均匀撒入二号覆盖剂（40～50%KCl+25～35%NaCl+18～26%Na3AlF6），除渣。加入Al-5%Ti-1%B作晶粒细化处理时，升温至740℃，通入氩气精炼除气，静置后浇注。加入Al-10%Sr中间合金作变质处理时，分两次除气，分别为变质前与加入变质剂后。在预热过的铸铁模中浇铸成φ90×200mm的圆柱型铸锭。试验用合金一种没有添加Sr，一种添加了0.034%的Sr作为变质剂，其具体化学成分见表1。
表1 Al-Mg-Si合金的化学成分
宏观金相试样在原铸锭经去头去尾后，沿两端的横向切取（厚为10mm），被检查面在铣削加工后，碱蚀酸洗至显示组织。采用POLYVAR-MET大型金相显微镜观察合金宏观组织与微观组织中结晶相的分布，用Sirion 2000场发射扫
描电子显微镜观察与分析试样的显微组织,二次电子成像加速电压为20kV。挤压态、挤压+时效态以及挤压+固溶+时效态未变质与变质合金样品的力学性能测试中在CCS-220型电子万能拉伸试验机进行。
3．实验结果与讨论
3.1 变质合金宏观组织观察
图1为变质合金铸态的低倍宏观组织，由图可知，合金宏观组织全部由等轴晶组成。
图1 变质合金铸态宏观组织
Fig.1 Macrostructure of the modified alloy as cast
变质合金熔体在凝固过程中，等轴晶的形成是由于熔体处于较小的过冷度，各晶粒间同时长大，另一方面得益于合金中所添加的Al-Ti-B细化剂的细化作用。
3.2 变质合金金相组织观察
变质合金铸态的金相显微组织如图2所示。
图2 变质合金铸态金相
Fig.1 Microstructure of the modified alloy as cast
由图2可知，合金典型的铸态组织是由α-Al及主要分布在晶界及枝晶间的金属间化合物组成。合金铸态组织中枝晶网络明显，枝晶臂较为发达。变质合金铸锭平均晶粒尺寸为100?m-140?m左右。
3.3 未变质与变质合金的扫描显微组织
图4为未变质合金和变质合金的铸态扫描照片。
图3 铸态Al-Mg-Si合金扫描组织（未腐蚀）a)未变质合金 ；b)变质合金
Fig.3 SEM microstructure of cast Al-Mg-Si alloy (un-etched) a）un-modified；b）modified
从图3（a）中可以看出，未变质合金中晶界与晶内存在大量不规则的杆状、圆点状的白色结晶相。晶粒间的白色结晶相尺寸较大，连接成枝晶网络。相比之下，变质合金组织中白色结晶相显著减少，晶粒与晶粒间的结晶相呈间断分布，如图3（b）所示。
为进一步分析研究合金组织中的物相组成及相成分，采用Sirion场发射扫描电镜对铸态合金的结晶相进行高倍观察，其分析结果见图4。从图中可清晰观察到沿晶界分布着长条状相和圆点相，对这些结晶相进行能谱分析, 其合金元素的含量见表2。
图4 Al-Mg-Si合金铸态组织中金属间化合物的能谱图 a)未变质合金 b)变质合金
Fig.4 SEM microstructure of cast intermetallic compounds in Al-Mg-Si alloya）un-modified；b）modified
在未加锶变质合金组织中存在大量层片状AlFeSi相，甚至呈现粗大多角形块状和板状，严重割裂合金基体，使合金的机械性能特别是塑性显著降低，切削加工性能恶化。该合金组织中的Fe/Si为0.56，为β-AlFeSi结构，大量分布在晶界与晶内。
而加锶变质合金中的AlFeSi相的数量、成分及形态均发生大幅度改观。此时合金组织中的AlFeSi相明显减少，Fe/Si变为1.47，为α-AlFeSi结构，呈圆棒状与鱼骨状分布于晶内，较未变质铝合金组织中所含的AlFeSi相Si百分比显著下降{9-10]。同时，加锶变质合金组织中所含的AlFeSi相圆钝化，内部应力集中减小，与基体间产生较强的界面连接，在保证强度性能的前提下，增加了合金的韧性和耐蚀性。
表2 Al-Mg-Si合金铸态组织金属间化合物化学成分(原子分数％)
Tab.2 Chemical composition of intermetallic compounds in Al-Mg-Si alloy as cast(at,%)
3.4 未变质与变质合金的力学性能分析
挤压态、挤压+时效态以及挤压+固溶+时效态的未变质与变质合金力学性能结果见表3。
表3 不同热处理态下的Al-Mg-Si合金力学性能
Tab.3 Mechanical properties of Al-Mg-Si alloys with various heat treatment
根据表中数据可知，不同成分试样经过热处理之后，屈服强度与抗拉强度增大趋势非常明显，而延伸率有所下降。未变质挤压态合金的抗拉强度最高为190，屈服强度为93，而加锶变质的Al- Mg-Si合金次之（抗拉强度为173，屈服强度为73），但Al-Mg-Sr-Ti合金比Al-Mg-Si-Ti合金的延伸率要高出47%。时效处理后，未变质与变质合金的强度与延伸率与挤压态相比有所变化，抗拉强度与屈服强度均有所上升，但其延伸率下降，这是由于合金在时效热处理后，弥散的强化相从基体中析出，起到了弥散强化的效果。两种合金在经过固溶和时效热处理后，抗拉强度与屈服强度均达到峰值，同时均保持了较好的延伸率。值得注意的是，在现有产品Al-Mg-Si-Ti合金（6063合金）的基础上添加Al-Sr中间合金[11]后，屈服强度与抗拉强度均有所提高，并且其延伸率也符合产品的标准。
4．结论
采用金相显微镜（OM），扫描电镜（SEM）及能谱分析仪（EDS）对Al-Sr中间合金对Al-Mg-Si合金的变质效果进行了对比研究。试验结果表明，添加Al-Sr变质剂对合金组织中所含的AlFeSi相起到了一定的变质作用，AlFeSi相呈鱼骨状，边缘圆钝化，内部应力集中减小，与基体间产生较强的界面连接，在保证力学性能的前提下，提高了铝型材的韧性和耐蚀性。
1）Al-Sr中间合金的添加，对Al-Mg-Si合金组织中所含的AlFeSi相起到了一定的变质作用。锶变质后的AlFeSi相由板片状转变为鱼骨状，边缘圆钝化，内部应力集中减小，与基体间产生较强的界面连接，在保证强度性能的前提下，增加合金的韧性和耐蚀性。
2）锶变质后的Al-Mg-Si合金与未变质合金相比，挤压态具有较高的延伸率，在经过固溶时效热处理之后，其屈服强度与抗拉强度均有所提高，同时保持良好的延伸率。
