不同熱處理狀態(tài)下的5A06鋁合金顯微組織分析

趙 磊 牛 博 馬小昭 董小媛

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，陜西 西安 710068；2.中航工業(yè)西安航空動(dòng)力控制科技有限公司，陜西 西安 710077)

不同熱處理狀態(tài)下的5A06鋁合金顯微組織分析

趙 磊1牛 博1馬小昭2董小媛1

(1.中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，陜西 西安 710068；2.中航工業(yè)西安航空動(dòng)力控制科技有限公司，陜西 西安 710077)

采用原始狀態(tài)為H112態(tài)的5A06板材，通過箱式電阻爐加熱得到不同熱處理狀態(tài)下的金相試樣。掃描電子顯微鏡(SEM)與能譜(EDS)分析表明，5A06鋁合金中的主要第二相有Al6(FeMn)相、Mg2Si相以及Al8Mg5相。熱處理過程對(duì)于Al6(FeMn)相、Mg2Si相的分布和形態(tài)影響不大。Al8Mg5相隨熱處理溫度的增高發(fā)生固溶，使得材料的塑性提高而強(qiáng)度略微下降。5A06鋁合金板材在550℃熱處理時(shí)既有小概率出現(xiàn)包鋁層起泡現(xiàn)象，在570℃將發(fā)生明顯過燒，故5A06鋁合金的熱加工溫度應(yīng)控制在550℃以下為宜。

5A06鋁合金；熱處理；顯微組織

0 引言

5A06鋁合金屬于Al-Mg系防銹鋁[1]，具有較好的耐蝕性[2]、較高的強(qiáng)度以及良好的焊接性能[3]，多用于有輕量化和耐蝕性要求的結(jié)構(gòu)件，是航空、航天及航海領(lǐng)域不可缺少的重要材料[4]。但由于5A06是不可熱處理強(qiáng)化鋁合金，因此，多年來有關(guān)于其熱處理工藝的研究發(fā)表不多，更缺乏系統(tǒng)分析各種熱處理狀態(tài)下對(duì)應(yīng)顯微組織的研究。鑒于此，本文分析了5A06板材常見熱處理狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的顯微組織，并對(duì)更高溫度下固溶后的顯微組織變化以及過燒情況進(jìn)行了探討。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料選擇2mm厚的5A06板材，原始狀態(tài)為H112，其化學(xué)成分如表1所示[1]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將試樣用中性水基清洗劑清洗干凈后分別放入箱式電阻爐中加熱至 240℃（低溫退火）、330℃（高溫退火）、490℃、510℃、530℃、550℃、570℃，保溫20min后出爐，其中240℃、330℃對(duì)應(yīng)試樣采用空冷，490℃、510℃、530℃、550℃、570℃對(duì)應(yīng)試樣采用風(fēng)冷。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

采用箱式電阻爐進(jìn)行試樣的加熱及保溫；采用掃描電子顯微鏡(SEM)背散射成像結(jié)合能譜(EDS)觀察試樣中各相的分布形態(tài)并標(biāo)定各相。

2 結(jié)果與討論

圖1至圖8為500倍放大的SEM背散射成像照片，其中圖1對(duì)應(yīng)的是原材料H112態(tài)；圖2對(duì)應(yīng)的是240℃處理試樣；圖3對(duì)應(yīng)330℃處理試樣；圖4對(duì)應(yīng)490℃處理試樣；圖5對(duì)應(yīng)510℃處理試樣；圖6對(duì)應(yīng)530℃處理試樣；圖7對(duì)應(yīng)550℃處理試樣；圖8對(duì)應(yīng)570℃處理試樣。

通過各相形貌結(jié)合能譜（EDS）分析可以標(biāo)定出各相。如圖1至8所示，呈白色相為Al6(FeMn)顆粒，其分布較為離散、邊緣及大小不規(guī)則，在圖1至7中都可以觀察到不規(guī)則的形態(tài)及邊界，說明該相直到550℃依然沒有發(fā)生明顯的固溶，在圖8中看到Al6(FeMn)相的邊緣相對(duì)變得較為光滑，說明該相在570℃應(yīng)該發(fā)生了部分固溶。在圖1至8中，呈黑色、外形不規(guī)則、尺寸較大的為Mg2Si相，該相為硬脆質(zhì)點(diǎn)，且往往邊界棱角分明，該相對(duì)于冷塑性變形較為不利，由圖7可知該相在550℃時(shí)固溶效果依然不明顯。在圖1至8中，呈離散分布的黑色小顆粒為Al8Mg5相，該相顆粒尺寸較小，形態(tài)較規(guī)則且邊界光滑，是Al-Mg系鋁合金中的主要強(qiáng)化相，由圖1至8可知，隨熱處理溫度升高，基體中分布的Al8Mg5相逐漸減少，這是由于在較高溫度下，Al8Mg5相會(huì)重新固溶進(jìn)Al基體中，該相的存在可以提高鋁合金的強(qiáng)度，但塑性會(huì)有所下降，耐蝕性能也會(huì)相應(yīng)降低。圖8中可以觀察到清晰的晶界融化現(xiàn)象，說明5A06鋁合金在570℃發(fā)生了過燒，過燒對(duì)于材料性能有極大的危害，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)盡力避免，且一旦發(fā)生過燒，則無法再通過熱處理進(jìn)行挽救，需直接判廢。在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)設(shè)定爐溫達(dá)到550℃時(shí)，處理過的板材會(huì)有小概率出現(xiàn)包鋁層起泡現(xiàn)象，當(dāng)溫度達(dá)到570℃時(shí)，則近乎100%會(huì)出現(xiàn)包鋁層起泡現(xiàn)象。

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

圖8

3 結(jié) 論

采用原始狀態(tài)為H112態(tài)的5A06板材，通過箱式電阻爐加熱至不同溫度處理，從而得到各種熱處理狀態(tài)下的5A06防銹鋁合金。掃描電子顯微鏡(SEM)與能譜(EDS)分析表明，5A06鋁合金中的主要第二相有Al6(FeMn)相、Mg2Si相以及Al8Mg5相。其中Al6(FeMn)相、Mg2Si相在低于過燒溫度（570℃）前都沒有明顯的固溶現(xiàn)象，說明熱處理過程對(duì)于其分布和形態(tài)影響不大。Al8Mg5相隨熱處理溫度的增高發(fā)生固溶，在基體中的分布逐漸減少，使得材料的塑性提高而強(qiáng)度略微下降。5A06鋁合金板材在550℃熱處理時(shí)既有小概率出現(xiàn)包鋁層起泡現(xiàn)象，在570℃將發(fā)生明顯過燒，故5A06鋁合金的熱加工溫度應(yīng)控制在550℃以下為宜。

［1］張寶昌.有色金屬及其熱處理[M].北京:國防工業(yè)出版社,1981.

［2］He Zhubin,Fan Xiaobo,Xu Yongchao,et al.Inerstigation on the formability of 5A06 sheet for rapid gas forming[J].Rare Metal Materials and Engineering,2011,40(S3):144-145.

［3］方昆凡.工程材料手冊(cè)-有色金屬材料卷[M].北京:北京出版社,2000:50-75.

［4］柏立敬,馮再新,張治民.5A06鋁合金變形工藝參數(shù)與顯微組織關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究[J].有色金屬加工,2007,36(6):14-16.

趙磊(1987—)，男，陜西西安人，碩士研究生，主要從事金屬材料熱處理、理化檢測分析等方面的研究。

鄧麗麗］