Al- 4.24Cu-1.55Mg-0.65Mn合金鑄態(tài)及均勻化退火組織研究

羅建華

(東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150060)

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Al- 4.24Cu-1.55Mg-0.65Mn合金鑄態(tài)及均勻化退火組織研究

羅建華

(東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150060)

通過(guò)低倍、高倍、掃描電鏡觀察和能譜分析方法，對(duì)一種新開(kāi)發(fā)的Al-4.24Cu-1.55Mg-0.65Mn合金的鑄態(tài)組織進(jìn)行了分析，利用DSC分析不同保溫時(shí)間處理后的合金均勻化效果，并對(duì)其微觀組織特征進(jìn)行研究，確定了鑄錠均勻化退火溫度為495℃，保溫時(shí)間為24h。

Al-4.24Cu-1.55Mg-0.65Mn合金；組織；均勻化退火

Al-Cu-Mg-Mn合金屬2xxx系鋁合金，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，是使用較早、用途較廣的硬鋁合金，具有良好的力學(xué)性能和加工性能，可加工成板、棒、管、線、型材及鍛件等半成品，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)。該系合金中銅是主要的合金元素，銅和鎂之比對(duì)合金性能影響較大。合金中含鎂量較低時(shí)，銅與鋁形成的化合物CuAl2是低強(qiáng)度硬鋁和中強(qiáng)度硬鋁中的主要強(qiáng)化相；提高鎂含量，特別是在高強(qiáng)度硬鋁中，鎂、銅、鋁互相結(jié)合形成S(CuMgA12)相，其強(qiáng)化效果比CuAl2更高，同時(shí)還使合金具有一定的耐熱性。合金中加入0.3%～1.0%錳，可減少鐵的有害影響，提高合金耐蝕性，細(xì)化合金晶粒，加速時(shí)效作用，延緩擠壓和固溶處理時(shí)的再結(jié)晶過(guò)程，使產(chǎn)品的力學(xué)性能得到提高[1]。

1 試驗(yàn)方案

1．1 試驗(yàn)材料

原材料使用工業(yè)高純鋁、電解Cu、純Mg及Al-10%Mn中間合金，使用一號(hào)熔劑和高純氬氣進(jìn)行精練，采用半連續(xù)水冷鑄造。為了保證鑄錠成形，鑄造溫度控制在700～730℃，鑄造時(shí)在線連續(xù)加入Al-Ti-B絲，鑄造工藝參數(shù)如表1所示，具體合金成分見(jiàn)表2。

表1 合金熔鑄工藝參數(shù)

表2 合金成分實(shí)測(cè)值(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

1．2 試驗(yàn)過(guò)程

在Al-Cu-Mg-Mn合金基礎(chǔ)上，調(diào)整Cu、Mg、Mn元素成分，控制Fe、Si雜質(zhì)含量，添加Zr元素，半連續(xù)鑄造300mm×1000mm合金鑄錠。通過(guò)低倍、高倍、掃描電鏡觀察進(jìn)行組織分析，并對(duì)合金鑄錠進(jìn)行DSC熱差分析，初步確定鑄錠組織中低熔點(diǎn)相的熔化溫度，然后進(jìn)行均勻化退火處理，保溫時(shí)間初步確定為1h、5h、13h、24h、48h和72h。利用DSC熱差實(shí)驗(yàn)方法，分析不同保溫時(shí)間處理后的合金均勻化效果，并利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析方法分析其微觀組織特征，確定最佳均勻化處理工藝。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2．1 合金鑄態(tài)組織分析

經(jīng)20%NaOH水溶液浸蝕后的合金鑄錠低倍組織如圖1所示，晶粒均勻細(xì)小，反映Zr對(duì)合金有細(xì)化晶粒的作用。合金放大50倍和500倍的鑄態(tài)金相組織如圖2所示，從圖2中可看出合金除基體外，主要有兩種組織組成物(非平衡相)，塊狀淺灰色和較細(xì)的共晶產(chǎn)物。

圖1 合金鑄錠低倍組織照片

圖2 合金鑄態(tài)金相組織照片

合金鑄態(tài)組織的掃描電鏡照片如圖3所示，鑄態(tài)合金的掃描電鏡組織中主要有三種過(guò)剩相，條狀深灰色相、條狀淺灰色相和非平衡共晶相，深灰色相有時(shí)具有共晶形態(tài)。將合金鑄態(tài)組織掃描電鏡二次電子照片中箭頭所指的三種合金相進(jìn)行能譜分析，見(jiàn)表3。根據(jù)能譜分析結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)可知，合金中1點(diǎn)的淺灰色相為Al2Cu相，2點(diǎn)暗灰色相為含F(xiàn)e、Mn相，3點(diǎn)為共晶組織Al2CuMg相。

圖3 合金鑄態(tài)組織的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 SEM images showing microstructure of as-cast alloy

編號(hào)元素MgAlCuMnFe1元素比1.01547.2131.772--原子比1.60367.13731.260--2元素比1.49579.10712.8432.9823.573原子比1.84487.9446.8981.6281.6863元素比8.24766.72325.030--原子比10.58477.13112.285--

2．2 合金的均勻化工藝研究

對(duì)合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，溫度495℃，保溫時(shí)間分別為5h、13h和24h，合金均勻化處理之后的DSC分析如圖4所示。根據(jù)分析結(jié)果可知，在495℃、保溫5h后，合金的DSC曲線中第一個(gè)吸熱峰消失，第二個(gè)吸熱峰減小。保溫時(shí)間延長(zhǎng)至13h后，DSC分析曲線中的吸熱峰均消失，表明隨著保溫時(shí)間繼續(xù)增加均勻化處理的效果趨于一致。

合金鑄錠經(jīng)495℃均勻化處理1h、5h、13h、24h、72h后的金相組織如圖5所示。從圖5金相組織照片

對(duì)比可看出，合金經(jīng)保溫5h的均勻化后，非平衡凝固共晶體大部分消失，保溫時(shí)間延長(zhǎng)至13h，合金中的非平衡共晶相基本消除，但仍殘留有深灰色的塊狀相和淺灰色的條狀相。隨著保溫時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，合金中過(guò)剩相減少，當(dāng)均勻化處理時(shí)間超過(guò)24h后再繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，合金中的殘留相不再有明顯變化。

圖4 均勻化處理后合金的DSC分析(495℃、不同保溫時(shí)間)Fig.4 DSC curves of alloy after homogenization treatment (at 495℃, with different holding time)

a)1h; b)5h; c)3h; d)24h; e)72h圖5 均勻化處理后合金的金相照片(495℃、不同保溫時(shí)間)Fig.5 Metallographs of alloy after homogenization treatment(at 495℃, with different holding time)

將合金鑄錠試樣經(jīng)495℃均勻化處理13h后的掃描電鏡照片如圖6所示，其中箭頭所指的相能譜分析結(jié)果見(jiàn)表4，根據(jù)能譜分析結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)可知，1點(diǎn)的暗灰色相為Fe、Mn、Si相，2點(diǎn)亮灰色相為Fe、Mn、Cu相。

圖6 合金的掃描電鏡照片(495℃×13h均勻化處理)Fig.6 SEM images showing microstructure of alloy (by homogenizing with 495℃×13h )

編號(hào)元素AlSiMnFeCu1元素比56.564.259.4019.5910.20原子比71.555.165.8411.975.482元素比50.50-2.2312.8634.42原子比69.73-1.518.5820.18

從鑄錠均勻化處理研究可以得出，試驗(yàn)合金主要含有兩個(gè)低熔點(diǎn)化合物，其相轉(zhuǎn)變溫度分別約為504℃和510℃；結(jié)合過(guò)燒溫度和實(shí)際生產(chǎn)條件，初步

確定鑄錠均勻化退火溫度為495℃，保溫時(shí)間為24h。經(jīng)此制度均火處理后，合金中的非平衡共晶相消除較理想，達(dá)到了均勻化處理的目的。

3 結(jié)論

(1) 通過(guò)對(duì)Al- 4．24Cu-1．55Mg-0．65Mn合金鑄態(tài)組織觀察和能譜分析，確定鑄態(tài)合金的組織中主要有三種過(guò)剩相，條狀深灰色相、條狀淺灰色相和非平衡共晶相，深灰色相有時(shí)具有共晶形態(tài)，條狀淺灰色相為Al2Cu相，條狀深灰色相為含F(xiàn)e、Mn相，非平衡共晶相為Al2CuMg相；

(2) Al- 4．24Cu-1．55Mg-0．65Mn合金鑄錠的均勻化退火制度為，均勻化退火溫度495℃，保溫時(shí)間24h。通過(guò)對(duì)均勻化退火后合金的金相組織觀察和掃描電鏡分析，可知隨著均勻化退火保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，合金中的過(guò)剩相會(huì)減少，但當(dāng)減少至一定程度后，即使繼續(xù)增加保溫時(shí)間，合金中的過(guò)剩相也不會(huì)產(chǎn)生明顯變化。

[1] 李學(xué)朝.鋁合金材料組織與金相圖譜[M]． 北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

勘誤聲明

由于我們校對(duì)上的疏忽，將本刊2015年年第一期書(shū)脊處“2015年2月”誤刊為“2015年1月”；2015年第二期目次表中“廣告索引(48)”誤刊為“廣告索引(47)”；2015年第二期正文48頁(yè)“《有色金屬加工》2015年第2期廣告索引”誤刊為“《有色金屬加工》2015年第1期廣告索引”，特此聲明更正。

《有色金屬加工》編輯部

Study of Microstructure of As-cast and Homogenized Al- 4．24Cu -1．55Mg- 0．65Mn Alloy

LUO Jianhua

(Northeast Light Alloy Co．, Ltd．, Harbin 150060, China)

The paper studied as-cast microstructure of newly developed Al-4．24Cu-1．55Mg-0．65Mn alloy using low and high power microscopes, SEM and EDS; it analyzed the effects of homogenization on the alloy with different holding time by DSC and it studied microstructure characteristics; The result showed that keeping annealing temperature at 495℃ and holding time for 24h were ideal for ingot homogenizing．

Al-4．24Cu-1．55Mg-0．65Mn alloy; microstructure; homogenizing annealing

2015-01-09

羅建華(1982-)，男，工程師。

TG146.21

A

1671-6795(2015)03-0021-04