顯微疏松對7×××系合金厚板疲勞性能的影響

溫慶紅，林 林，馮 旺

（西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶 九龍坡 401326）

0 前 言

7×××系合金是鋁合金中具有高強度、高韌性和高耐蝕性的典型合金之一，在實際生產中，經常出現厚板的強度、耐蝕性均滿足要求，而疲勞性能不合格的情況。因此，研究疲勞性能不合格的原因，制定針對性解決措施已成為當務之急。

1 樣品來源

從某廠取了4個疲勞性能存在差異的7×××系合金厚板疲勞斷口樣品（試樣編號1＃～4＃），一個疲勞性能優良的斷口樣品（5#），各樣品疲勞次數見表1。

表1 樣品編號及對應的疲勞次數

2 檢測儀器

進行分析所用的儀器為體視鏡、光學顯微鏡、掃描電鏡和能譜儀。

3 掃描電鏡觀察

在掃描電鏡下觀察各樣品斷口,其典型電鏡形貌見圖1、圖2（圖中圈內所示為疲勞斷裂的裂紋源),對應的能譜檢測結果見表2～表6。

由圖1及表2～表5看出,顯微疏松是引起1#～4＃樣品疲勞斷裂的裂紋源且顯微疏松尺寸越大,疲勞斷裂次數越低。3＃、4＃樣品顯微疏松較輕微,疲勞性能也較好。

圖2及表6顯示,5#樣的裂紋源是以氧化膜為主的缺陷,在疲勞斷口試樣上未發現顯微疏松。

圖11 ＃～4＃樣品疲勞斷口SEM形貌

圖2 5#板材疲勞斷口SEM形貌

表2 1＃樣品斷口裂紋源能譜結果

表3 2＃樣品斷口裂紋源能譜結果

表4 3＃樣品斷口裂紋源能譜結果

表5 4＃樣品斷口裂紋源能譜結果

表6 進口板材斷口裂紋源能譜結果

4 試驗驗證

4.1 板材顯微疏松觀察

在疲勞性能差異對應的原始板材上取樣，觀測顯微疏松的存在形式與特征，各樣品典型顯微組織見圖3。

圖3顯示,在疲勞性能差異對應的原始板材樣品上可以清晰地觀察到殘留的顯微疏松,顯微疏松尺寸大小與斷口樣品規律相對應。

圖3 疲勞性能差異板材樣品組織

4.2 鑄錠樣品顯微疏松觀察

在上述板材對應的鑄錠樣品上取樣,其典型組織見圖4。

由圖4看出,1＃、2＃板材對應的鑄錠組織顯微疏松密集呈網狀分布,且尺寸較大；3#、4#板材對應的鑄錠組織顯微疏松尺寸較少且尺寸較小；各樣品鑄錠的顯微疏松的尺寸特征與板材有著相同規律。

5#樣品對應的鑄錠未見顯微疏松,與板材規律也一致。

圖4 各板材對應的鑄錠組織

5 分析討論及結論

顯微疏松實際上是金屬凝固過程中，由于補縮不充分，在枝晶界間形成的微小孔洞。它的存在破壞了該區域金屬的連續性，使金屬完全失去了強度。疏松對材料性能的影響程度取決于它的尺寸大小。在厚板中，金屬變形程度較小，顯微疏松孔洞三向投影面積變化不大，對材料拉伸強度的影響較小，但對材料的疲勞性能影響較大，特別是由于機加工暴露到試樣表面的孔洞對疲勞性能的影響最大，疲勞裂紋都是從該位置起源的。試驗結果證實了疏松是疲勞裂紋源點，且疏松尺寸越大，材料疲勞性能越差。

7×××系合金厚板疲勞性能低是由顯微疏松引起的，減小顯微疏松尺寸和體積分數可以提高厚板疲勞性能。