一種鋁合金圓鑄錠均勻化效果快速檢測方法研究

王明坤，欒守國，蔣隆華，劉文霞

（龍口市叢林鋁材有限公司，山東龍口265705）

一種鋁合金圓鑄錠均勻化效果快速檢測方法研究

王明坤，欒守國，蔣隆華，劉文霞

（龍口市叢林鋁材有限公司，山東龍口265705）

利用電導(dǎo)率儀及硬度計(jì)檢測6A01、6005A、7B05等合金多個(gè)爐次鑄錠均勻化后的導(dǎo)電率及硬度值，并用金相顯微鏡、掃描電鏡對鑄錠均勻化后組織進(jìn)行檢測、驗(yàn)證、對比分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明：用導(dǎo)電率、硬度、金相及掃描分析評價(jià)鋁合金鑄錠均勻化效果，其檢測值之間存在較好的相關(guān)性?？紤]企業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性及可操作性，選擇硬度檢測方法定量評價(jià)鋁合金鑄錠均勻化效果，并制定出現(xiàn)場檢測標(biāo)準(zhǔn)。

鋁合金鑄錠；均勻化效果評價(jià)；導(dǎo)電率；硬度

0 前言

隨著鋁及鋁合金技術(shù)的不斷發(fā)展，鋁材已廣泛應(yīng)用于軌道交通、航空航天、建筑裝飾及機(jī)械電子等行業(yè)，且對鋁及鋁合金的綜合性能要求越來越高。目前，6×××及7×××系等變形鋁合金在軌道交通中應(yīng)用較多，如6A01、6005A、7B05等，這幾種合金通常是采用半連續(xù)鑄造方法鑄造，由于冷卻速度快，結(jié)晶在非平衡狀態(tài)下進(jìn)行，引起嚴(yán)重的晶內(nèi)偏析，導(dǎo)致鑄錠中產(chǎn)生組織和成分上的不均勻性，且鑄造時(shí)的快速冷卻可引起較大的殘余應(yīng)力，影響后續(xù)生產(chǎn)過程，需對鑄錠進(jìn)行均勻化處理。

鋁合金鑄錠的均勻化處理是變形鋁合金生產(chǎn)的第一道熱處理工序。均勻化處理工藝可使非平衡組織溶解，枝晶偏析消除，且過飽和固溶元素從固溶體中析出，使鑄錠組織均勻，以達(dá)到消除鑄造應(yīng)力、提高鑄錠塑性、減小變形抗力的目的[1]。鑄錠均勻化處理效果的好壞會直接影響材料的加工性能及后續(xù)的使用性能，經(jīng)過均勻化處理的鑄錠不僅容易進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，且表面質(zhì)量和綜合性能等均優(yōu)于未經(jīng)過均勻化的鑄錠。

目前關(guān)于鋁合金均勻化效果的評價(jià)方面的研究較少，僅在YS/T67-2012《變形鋁及鋁合金圓鑄錠》中規(guī)定“經(jīng)過均勻化處理的圓鑄錠顯微組織不允許有過燒”[2]，只能憑經(jīng)驗(yàn)采用金相進(jìn)行分析定性判斷其均勻化效果，而并沒有提供一套完整的定量評價(jià)均勻效果的檢測方法。本文主要目的就是研究出一種較為簡便快速且能定量分析均勻化效果的檢測方法。

1 試驗(yàn)方法

1.1 鑄錠試片硬度和導(dǎo)電率測量與統(tǒng)計(jì)

使用硬度計(jì)及電導(dǎo)率儀測量鑄棒頭尾部試片從邊部到中心的硬度及導(dǎo)電率，并繪制變化曲線。

1.2 利用金相及掃描分析驗(yàn)證相關(guān)性

取試片邊部、1/2半徑及中心位置試樣，利用金相顯微鏡及掃描電鏡進(jìn)行分析并結(jié)合測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以驗(yàn)證硬度或?qū)щ娐试u價(jià)鋁合金鑄錠均勻化效果的相關(guān)性。

1.3 實(shí)測校驗(yàn)

考慮實(shí)際生產(chǎn)，利用硬度值評價(jià)均勻化效果相對簡便，并根據(jù)鑄棒頭尾部表面實(shí)際情況，選擇未鋸切鑄棒1/2半徑位置進(jìn)行硬度實(shí)測校驗(yàn)。

2 試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果分析

在試驗(yàn)研究中采取了金相檢測、掃描分析、導(dǎo)電率及硬度檢測方法，對6A01、6005A及7B05合金多個(gè)爐次（5爐及以上）均勻化后試片進(jìn)行金相及掃描檢測分析，并統(tǒng)計(jì)其硬度及導(dǎo)電率。試驗(yàn)中每種合金均驗(yàn)證了5個(gè)爐次以上，在此以6A01合金某一爐次各項(xiàng)檢測結(jié)果為例。

2.1 通過金相組織評價(jià)均勻效果

取6A01鑄錠均勻化后試樣做金相分析，觀察是否過燒及均勻化效果情況。取樣位置為鑄錠頭尾部的邊部、1/2半徑及中心部位，其200倍下金相組織如圖1及圖2所示。由圖中鑄錠金相組織照片可以看出：

（1）該爐次6A01鑄棒未出現(xiàn)過燒情況，且非平衡共晶相溶解，枝晶組織消除，高熔點(diǎn)難溶相含量較少，說明均勻化效果較好，但不能量化評價(jià)其均勻化程度。

（2）從邊部到中心，殘余溶質(zhì)原子及第二相含量有增多的趨勢，與鑄造時(shí)冷卻強(qiáng)度由邊部到中心逐漸減小有關(guān)。

通過觀察金相組織是最常見的檢測方法，該方法能直觀地判斷鑄錠組織是否過燒，但難以實(shí)現(xiàn)對均勻化效果的量化評價(jià)。

圖1 合金頭部金相組織

圖2 合金尾部金相組織

2.2 通過掃描組織評價(jià)均勻化效果

利用掃描電鏡對6A01試樣尾部邊部、1/2半徑及中心位置進(jìn)行分析驗(yàn)證，其掃描照片如圖3所示。由圖3鑄錠掃描照片可知：

從掃描圖片中可清晰判斷合金試樣中未溶解的共晶組織，該爐次鑄棒均勻化后晶界處的共晶組織已基本完全溶解，且從邊部到中心高熔點(diǎn)殘余相有增多趨勢，但僅存在少量較小的殘余相，可認(rèn)為均勻化效果較好。

圖3 合金SEM照片

2.3 通過導(dǎo)電率及硬度評價(jià)均勻化效果

使用電導(dǎo)率儀及硬度計(jì)檢測及統(tǒng)計(jì)鑄錠均勻化后頭尾部的導(dǎo)電率及硬度值，其導(dǎo)電率及硬度變化曲線如圖4所示。從導(dǎo)電率及硬度變化曲線可知：

（1）從邊部到中心，頭尾部硬度及導(dǎo)電率差值均較小，且頭部與尾部差值也較小，說明均勻化處理效果較好。

（2）從邊部到中心硬度呈逐漸增加的趨勢，導(dǎo)電率呈逐漸下降的趨勢，硬度與導(dǎo)電率總體來說呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且與金相組織及掃描組織變化趨勢一致，存在較好的相關(guān)性。

通過導(dǎo)電率方法可量化評價(jià)鑄錠均勻化效果，隨著均勻化的進(jìn)行，合金中存在的鑄造應(yīng)力逐漸消失，合金元素的濃度差逐漸變小，基體中空位的濃度也逐漸減小并趨向平衡，從而導(dǎo)電率趨于穩(wěn)定，可認(rèn)為此時(shí)均勻化已完成[3]。但電導(dǎo)率儀使用過程較為繁瑣，開啟儀器電源開關(guān)，需要預(yù)熱10min，分別對儀器的高值及低值進(jìn)行三次校正調(diào)零，且電導(dǎo)率儀對鑄棒表面粗糙度要求較高。

利用硬度檢測方法也可量化評價(jià)合金鑄錠均勻化效果。以6A01合金為例，隨著均勻化的進(jìn)行，合金中存在的鑄造應(yīng)力逐漸消失，合金元素的濃度差逐漸變小，Mg2Si相的溶解達(dá)到平衡，合金的硬度也開始保持在最低值基本不變，可認(rèn)為均勻化已完成[3、4]。與電導(dǎo)率儀相比，硬度檢測操作簡便，適合企業(yè)大批量生產(chǎn)檢測。

圖4 6A01合金導(dǎo)電率及硬度曲線圖

上述4種均勻化效果的評價(jià)方式，通過金相組織觀察的評價(jià)方法較為常用，但不能量化評價(jià)其均勻化程度；通過掃描組織檢測最為準(zhǔn)確，但成本高耗時(shí)長，不適宜企業(yè)連續(xù)性生產(chǎn)；導(dǎo)電率測試的評價(jià)方法制樣簡單，但電導(dǎo)率儀使用較為繁瑣且對鑄棒表面粗糙度要求高；通過測量硬度評價(jià)均勻化效果的方法操作最為簡便，而且可量化評價(jià)均勻化程度。

前期經(jīng)過多次試驗(yàn)，對比金相、掃描、導(dǎo)電率及硬度檢測結(jié)果，證實(shí)了用硬度或?qū)щ娐试u價(jià)鋁合金均勻化效果的相關(guān)性及可行性，考慮企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)，可選擇最為簡便可行的硬度測試方法。為保證生產(chǎn)的連續(xù)性，測量未鋸切鑄棒頭尾部硬度較為合理有效，根據(jù)鑄棒頭尾部表面實(shí)際情況，選擇頭尾1/2半徑位置較光滑處進(jìn)行硬度測量。

在后續(xù)試驗(yàn)中，檢測并統(tǒng)計(jì)了6A01、6005A及7B05等合金多個(gè)爐次的均勻化后鑄錠的硬度值，并跟蹤驗(yàn)證其后續(xù)擠壓壓力、性能及型材表面質(zhì)量等，匯總數(shù)據(jù)并制定出均勻化檢測標(biāo)準(zhǔn)，并用于日常生產(chǎn)過程檢測，如表1所示。

表1 檢測數(shù)據(jù)匯總表

3 結(jié)論

通過對多個(gè)爐次6A01、6005A及7B05鋁合金鑄錠均勻化后導(dǎo)電率及硬度的檢測，并利用金相及掃描進(jìn)行分析驗(yàn)證，使用導(dǎo)電率或硬度評價(jià)鋁合金均勻化效果具有可行性，且可對均勻化效果進(jìn)行量化評價(jià)。在實(shí)際生產(chǎn)中，利用硬度值評價(jià)均勻化效果相對簡便，并考慮生產(chǎn)的連續(xù)性及鑄棒表面實(shí)際情況，測量均勻化后未鋸切鑄棒頭尾部1/2半徑位置的硬度較為合理有效。6A01、6005A及7B05合金未鋸切鑄棒1/2半徑位置硬度分別不大于35HB、37HB、62HB，可認(rèn)為均勻化效果較好。

[1]肖亞慶，謝永生，劉靜安，等.鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊[M].北京，冶金工業(yè)出版社，2012：281

[2]YS/T67-2012，變形鋁及鋁合金圓鑄錠［S］.中華人民共和國有色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2012

[3]錢曉明.6061鋁合金均勻化熱處理效果評價(jià)及工藝研究[D].長沙：中南大學(xué)，2011

[4]黃繼武，尹志民，李杰，王濤.均勻化處理對7055合金硬度和電導(dǎo)率的影響[J].稀有金屬，2004，28（1）

Rapid Test Method on Homogenizing Effect of Round Aluminum Alloy Ingot

WANG Ming-kun，LUAN Shou-guo，JIANG Long-hua，LIU Wen-xia
(Longkou Conglin Aluminum Co.,Ltd.，Longkou 265705，China)

The conductivity and hardness values after homogenization of multiple furnaces alloy ingots,such as 6A01,6005A,7B05 were tested using conductivity meter and hardness tester.And the means of optical microscopy and SEM were used for detecting and verifying the microstructure observation.The data results show that there is a good correlation between the conductivity,hardness val?ues and microstructure,SEM organization about homogenizing evaluation of aluminum alloy ingot.Considering the continuity of en?terprise production and operability,we select the hardness measurement for evaluating the effect of aluminum ingot homogenization quantitatively,and develop on-site testing standards.

aluminum alloy ingot;homogenizing evaluation;conductivity;hardness

TG292

B

1005-4898(2017)03-0038-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.03.09

王明坤（1971-），男，山東龍口人，本科。

2016－11－09