7A04預(yù)拉伸厚板暗灰色條紋的分析

王美琪，梁曉寧，李曉波

(東北輕合金有限公司，哈爾濱150060)

7A04 45mm預(yù)拉伸厚板在常規(guī)生產(chǎn)檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象:無論低倍試樣的各個(gè)可見面上，在板材邊部與中心之間都存在著幾條近似相互平行、顏色比板材其它部位略深的暗灰色條紋，其貫穿于整個(gè)試樣。此現(xiàn)象在之前的組織檢驗(yàn)中從沒有出現(xiàn)過，暗灰色條紋的性質(zhì)、產(chǎn)生原因，是否判斷為缺陷，對產(chǎn)品性能的影響，出現(xiàn)后如何處理都是需要研究解決的問題。本試驗(yàn)的目的就是通過對7A04 45mm預(yù)拉伸厚板存在暗灰色條紋部位進(jìn)行一系列試驗(yàn)，以確定暗灰色條紋的性質(zhì)和產(chǎn)生原因、確定暗灰色條紋對性能的影響程度，并提出對暗灰色條紋的處理建議。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)用料

選擇帶有暗灰色條紋的7A04 45mm預(yù)拉伸厚板作為試驗(yàn)用料。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 宏觀組織觀察

通過低倍組織觀察暗灰色條紋的分布部位和形貌特征。

通過斷口組織檢查灰色條紋處的金屬與正常部位的金屬是否存在差異。

1.2.2 顯微組織觀察

采用金相顯微鏡對存在暗灰色條紋部位及其周圍的顯微組織進(jìn)行觀察，確定暗灰色條紋的顯微組織特征，尤其是觀察暗灰色條紋內(nèi)部及其與正常部位的連接處的金屬連續(xù)處。

1.2.3 機(jī)械性能測定

對灰色條紋處和正常部位機(jī)械性能進(jìn)行對比試樣，根據(jù)性能結(jié)果確定暗灰色條紋對性能的影響程度。

1.2.4 陽極氧化試驗(yàn)

對存在暗灰色條紋的試樣進(jìn)行陽極氧化處理，觀察經(jīng)過陽極化處理后暗灰色條紋處和正常部位表面顏色的差異程度。

2 試驗(yàn)觀察與結(jié)果

2.1 宏觀組織觀察

2.1.1 低倍組織觀察

存在暗灰色條紋的7A04 45mm預(yù)拉伸板經(jīng)NaOH水溶液浸蝕后的低倍試樣組織如圖1所示。

圖1 7A04預(yù)拉伸厚板暗灰色條紋試樣的低倍組織

從圖1中可以看出，7A04預(yù)拉伸厚板上的暗灰色條紋位于板材邊部與中心之間的部位，是由幾條近似平行的暗灰色條紋組成與基體明暗相間的條紋帶，并且條紋帶分別位于板材中心的兩側(cè)，具有一定的對稱性。無論是在板材暗灰色條紋區(qū)域還是其他部位均未發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜、初晶偏析和裂紋等缺陷。

2.1.2 斷口組織觀察

將7A04預(yù)拉伸厚板存在暗灰色條紋的低倍試樣沿板材縱向橫截面方向劈斷，圖2為劈斷后的斷口組織。

圖2 7A04預(yù)拉伸厚板暗灰色條紋試樣的斷口組織

從圖2中可以看出，在兩個(gè)相互匹配的斷口上，顏色一致，組織致密，存在著許多長度不超過3mm略微突出于周圍組織的小薄片，其中暗灰色條紋帶的區(qū)域內(nèi)的小薄片數(shù)量比其他部位相對多一些，并且無論是板材暗灰色條紋區(qū)域還是其他部位均未發(fā)現(xiàn)氧化膜等缺陷。

2.2 顯微組織觀察

圖3為7A04預(yù)拉伸厚板暗灰色條紋帶放大50倍時(shí)的顯微組織，圖4為暗灰色條紋處與正常部位放大100倍時(shí)的顯微組織。

圖3 7A04預(yù)拉伸厚板暗灰色條紋處的顯微組織×50

從圖3中可以看出，無論是未浸蝕的試樣還是已浸蝕的試樣都顯現(xiàn)出暗灰色條紋實(shí)質(zhì)上就是該處的化合物相對于它部位的化合物多，形成了一段近似平行于板材表面的化合物帶，且化合物帶之間相隔一段距離，這就與低倍組織觀察到的“明暗相間的條紋帶”相吻合。從圖4中可以看出，暗灰色條紋處的化合物尺寸與正常部位的化合物尺寸沒有區(qū)別，晶粒的大小與形狀也沒有區(qū)別。值得指出的是暗灰色條紋內(nèi)部及其暗灰色條紋與正常部位相接處的金屬都具有完好的連續(xù)性。

圖4 7A04預(yù)拉伸厚板暗灰色條紋處與正常部位的橫向顯微組織(已浸蝕)×100

2.3 機(jī)械性能測定

由于暗灰色條紋帶的寬帶較窄，我們只能通過測定暗灰色條紋處和正常部位的硬度值來間接考查暗灰色條紋對性能的影響程度。表1是壓球直徑為10mm、載荷為1500kN時(shí)的硬度值。

表1 7A04預(yù)拉伸厚板暗灰色條紋處與正常部位的硬度值

從表1可以看出，7A04預(yù)拉伸厚板暗灰色條紋處的硬度值與正常部位的硬度值之間差距極小，其各個(gè)位置的硬度值符合板材橫截面上硬度的分布規(guī)律，與其他批次7A04板材的硬度值沒有明顯的差別。

2.4 陽極氧化試驗(yàn)

7A04預(yù)拉伸厚板經(jīng)過陽極氧化處理后的組織特征見圖5所示。

從圖7中可以看出，經(jīng)過陽極氧化處理后，7A04預(yù)拉伸厚板存在的與基體明暗相間的暗灰色條紋帶更加清晰可辨，說明陽極氧化不能掩蓋暗灰色條紋，只會(huì)更加突出它的組織特征。

3 分析與討論

從上述的試驗(yàn)與觀察結(jié)果可以看出，7A04 45mm預(yù)拉伸厚板所存在的暗灰色條紋是由于該處的化合物數(shù)量較其它部位多，從而在低倍浸蝕后呈現(xiàn)出較深的顏色。

圖5 7A04預(yù)拉伸厚板暗灰色條紋處陽極氧化后的組織形貌

眾所周知，鋁合金板材是由方鑄錠軋制而成，而鑄錠的結(jié)晶是在晶核的基礎(chǔ)上以樹枝狀晶方式生長起來的。結(jié)晶時(shí)，先在晶核上生長出相互垂直一次晶軸，然后在一次晶軸上依次生長出相互平行的二、三晶軸。在結(jié)晶的過程中，晶體的樹枝狀骨架所占據(jù)的空間逐漸擴(kuò)張，直到兩相鄰晶體的樹枝狀骨架相碰后，骨架才停止擴(kuò)張。在骨架擴(kuò)張的同時(shí)和擴(kuò)張之后，一方面在骨架中不斷長出多次晶軸，另一方面，各晶軸也逐漸加粗，直至兩相鄰晶軸相遇為止，之間的空隙就由最后結(jié)晶的低熔點(diǎn)共晶相來充填。這些共晶組織分布在樹枝狀晶體的枝杈和晶粒的邊界上，由于它們往往是以離異共晶形式存在，共晶中的α(Al)與α(Al)基體連接起來，使得組成共晶的化合物被孤立的顯現(xiàn)出來，在金相觀察下形成網(wǎng)格是α(Al)，網(wǎng)絡(luò)是由共晶組成的“枝晶網(wǎng)狀組織”，也就是說鋁合金鑄錠是由α(Al)基體和化合物組成。在熱軋過程中，金屬沿變形方向流動(dòng)，經(jīng)過均勻化熱處理后殘存的枝晶網(wǎng)絡(luò)處的化合物破碎、并隨著變形方向平展伸長，成行的排列起來，變形量越大成行排列的趨勢越明顯，形成相互平行的化合物條帶。

7A04 45mm預(yù)拉伸厚板的生產(chǎn)工藝流程為:鑄錠——均勻化熱處理——加熱——熱軋——切邊、拉伸——輥底爐淬火——拉伸——人工時(shí)效——取樣——包裝。

根據(jù)生產(chǎn)工藝流程并結(jié)合暗灰色條紋的顯微組織特征分析，導(dǎo)致化合物數(shù)量多的因素是鑄錠的原始組織遺傳和板材熱軋過程中的不均勻變形。我們知道在實(shí)際生產(chǎn)過程中，鑄錠的結(jié)晶是將鋁熔體直接注入外壁用水冷卻的結(jié)晶器中，鋁液受到結(jié)晶器外壁的冷卻作用而進(jìn)行凝固而形成一層堅(jiān)固的外殼，在隨后脫離結(jié)晶器后，立刻受到結(jié)晶器下緣強(qiáng)烈的冷卻水作用，從而使得金屬的結(jié)晶是由外向內(nèi)逐層向中心擴(kuò)展，直至實(shí)現(xiàn)完全結(jié)晶的全過程。并且鑄錠的逐層結(jié)晶這種方式在供流方式、冷卻速度、鑄造工藝不穩(wěn)定時(shí)就容易造成枝晶間距大小和枝晶網(wǎng)絡(luò)厚薄不均的現(xiàn)象，從而引起不同層面化合物多少的區(qū)別。而在熱軋過程中，除了中性面和剛端區(qū)外，沿著板錠高向的各層金屬流動(dòng)速度是不一樣的，因而必然引起變形的不均勻性，從而導(dǎo)致板材在高度方向上化合物的破碎程度不一樣。在隨后的固溶熱處理過程中，細(xì)而小的化合物較之粗大的化合物更容易固溶入基體中，造成變形量大的部位化合物比較少、而變形量小的部位化合物比較多的現(xiàn)象。通過上面的組織觀察，7A04 45mm預(yù)拉伸厚板存在暗灰色條紋應(yīng)該是鑄錠的原始組織遺傳，這是因?yàn)槿绻氰T錠組織均勻，而是板材軋制工藝不當(dāng)造成的，那么存在暗灰色條紋的部位應(yīng)該是變形量相對較小，這樣此出化合物的破碎程度就小，固溶熱處理后固溶到α(Al)基體中的合金元素含量隨之減少，對于7A04這種主要通過時(shí)效強(qiáng)化的合金，相當(dāng)于降低了合金元素的過飽和度，勢必減低合金強(qiáng)度，但是如此與試驗(yàn)結(jié)果相餑。反之則成立。

4 結(jié)論

(1)7A04 45mm預(yù)拉伸厚板暗灰色條紋的實(shí)質(zhì)就是該處的化合物數(shù)量多于其它部位化合物的數(shù)量。

(2)暗灰色條紋的存在對7A04 45mm預(yù)拉伸厚板的機(jī)械性能沒有影響，但是影響板材加工件的外觀質(zhì)量。

(3)暗灰色條紋是由于7A04鑄錠組織存在不均勻性造成的。