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）

利用電導率儀及硬度計檢測6A01、6005A、7B05等合金多個爐次鑄錠均勻化后的導電率及硬度值，并用金相顯微鏡、掃描電鏡對鑄錠均勻化后組織進行檢測、驗證、對比分析。試驗數據結果表明：用導電率、硬度、金相及掃描分析評價鋁合金鑄錠均勻化效果，其檢測值之間存在較好的相關性。考慮企業生產的連續性及可操作性，選擇硬度檢測方法定量評價鋁合金鑄錠均勻化效果，并制定出現場檢測標準。

鋁合金鑄錠；均勻化效果評價；導電率；硬度

0 前言

隨著鋁及鋁合金技術的不斷發展，鋁材已廣泛應用于軌道交通、航空航天、建筑裝飾及機械電子等行業，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用較多，如6A01、6005A、7B05等，這幾種合金通常是采用半連續鑄造方法鑄造，由于冷卻速度快，結晶在非平衡狀態下進行，引起嚴重的晶內偏析，導致鑄錠中產生組織和成分上的不均勻性，且鑄造時的快速冷卻可引起較大的殘余應力，影響后續生產過程，需對鑄錠進行均勻化處理。

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，以達到消除鑄造應力、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的使用性能，經過均勻化處理的鑄錠不僅容易進行擠壓生產，且表面質量和綜合性能等均優于未經過均勻化的鑄錠。

目前關于鋁合金均勻化效果的評價方面的研究較少，僅在YS/T67-2012《變形鋁及鋁合金圓鑄錠》中規定“經過均勻化處理的圓鑄錠顯微組織不允許有過燒”[2]，只能憑經驗采用金相進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 試驗方法

1.1 鑄錠試片硬度和導電率測量與統計

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

1.2 利用金相及掃描分析驗證相關性

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行分析并結合測量數據進行對比，以驗證硬度或導電率評價鋁合金鑄錠均勻化效果的相關性。

1.3 實測校驗

考慮實際生產，利用硬度值評價均勻化效果相對簡便，并根據鑄棒頭尾部表面實際情況，選擇未鋸切鑄棒1/2半徑位置進行硬度實測校驗。

2 試驗內容及結果分析

在試驗研究中采取了金相檢測、掃描分析、導電率及硬度檢測方法，對6A01、6005A及7B05合金多個爐次（5爐及以上）均勻化后試片進行金相及掃描檢測分析，并統計其硬度及導電率。試驗中每種合金均驗證了5個爐次以上，在此以6A01合金某一爐次各項檢測結果為例。

2.1 通過金相組織評價均勻效果

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鑄棒未出現過燒情況，且非平衡共晶相溶解，枝晶組織消除，高熔點難溶相含量較少，說明均勻化效果較好，但不能量化評價其均勻化程度。

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

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，但難以實現對均勻化效果的量化評價。

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半徑及中心位置進行分析驗證，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殘余相有增多趨勢，但僅存在少量較小的殘余相，可認為均勻化效果較好。

圖3 合金SEM照片

2.3 通過導電率及硬度評價均勻化效果

使用電導率儀及硬度計檢測及統計鑄錠均勻化后頭尾部的導電率及硬度值，其導電率及硬度變化曲線如圖4所示。從導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，導電率呈逐漸下降的趨勢，硬度與導電率總體來說呈負相關關系，且與金相組織及掃描組織變化趨勢一致，存在較好的相關性。

通過導電率方法可量化評價鑄錠均勻化效果，隨著均勻化的進行，合金中存在的鑄造應力逐漸消失，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，從而導電率趨于穩定，可認為此時均勻化已完成[3]。但電導率儀使用過程較為繁瑣，開啟儀器電源開關，需要預熱10min，分別對儀器的高值及低值進行三次校正調零，且電導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合金鑄錠均勻化效果。以6A01合金為例，隨著均勻化的進行，合金中存在的鑄造應力逐漸消失，合金元素的濃度差逐漸變小，Mg2Si相的溶解達到平衡，合金的硬度也開始保持在最低值基本不變，可認為均勻化已完成[3、4]。與電導率儀相比，硬度檢測操作簡便，適合企業大批量生產檢測。

圖4 6A01合金導電率及硬度曲線圖

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

前期經過多次試驗，對比金相、掃描、導電率及硬度檢測結果，證實了用硬度或導電率評價鋁合金均勻化效果的相關性及可行性，考慮企業實際生產，可選擇最為簡便可行的硬度測試方法。為保證生產的連續性，測量未鋸切鑄棒頭尾部硬度較為合理有效，根據鑄棒頭尾部表面實際情況，選擇頭尾1/2半徑位置較光滑處進行硬度測量。

在后續試驗中，檢測并統計了6A01、6005A及7B05等合金多個爐次的均勻化后鑄錠的硬度值，并跟蹤驗證其后續擠壓壓力、性能及型材表面質量等，匯總數據并制定出均勻化檢測標準，并用于日常生產過程檢測，如表1所示。

表1 檢測數據匯總表

3 結論

通過對多個爐次6A01、6005A及7B05鋁合金鑄錠均勻化后導電率及硬度的檢測，并利用金相及掃描進行分析驗證，使用導電率或硬度評價鋁合金均勻化效果具有可行性，且可對均勻化效果進行量化評價。在實際生產中，利用硬度值評價均勻化效果相對簡便，并考慮生產的連續性及鑄棒表面實際情況，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，可認為均勻化效果較好。

[1]肖亞慶，謝永生，劉靜安，等.鋁加工技術實用手冊[M].北京，冶金工業出版社，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標準，2012

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