7A52鋁合金軋制厚板探傷缺陷分析

王 軍，李 霜

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶401326）

0 前言

7A52鋁合金屬于不含Cu的Al-Zn-Mg系合金，具有良好的熱變形性能、高的比強(qiáng)度和比剛度[1]。該合金淬火范圍寬，在適當(dāng)?shù)臒崽幚項l件下能達(dá)到較高的強(qiáng)度、良好的焊接性能和耐蝕性，有一定的應(yīng)力腐蝕傾向，是高強(qiáng)可焊鋁合金，被廣泛應(yīng)用于航空航天、車輛和裝備領(lǐng)域[2]。

鋁及其合金在熔煉過程中，鋁熔體中存在夾雜物、氣體等，影響熔體純凈度，導(dǎo)致鑄錠易產(chǎn)生氣泡、氣孔、夾雜、疏松、裂紋等缺陷[3]。鋁合金疏松缺陷分氣體疏松和收縮疏松。熔體中未除去的氫氣含量較高時，氣體被隱藏在枝晶間隙內(nèi)，隨著結(jié)晶的進(jìn)行，枝晶互相搭接形成骨架，枝晶間的氣體和凝固時析出的氣體無法逸出而集聚，結(jié)晶后這些氣體占據(jù)的位置成為空腔，形成氣體疏松。在金屬鑄造結(jié)晶時，從液態(tài)凝固成固態(tài)，體積收縮，在樹枝晶杈之間固、液體金屬補(bǔ)縮不足而形成的空腔即為收縮疏松。在實際生產(chǎn)中，合金鑄錠在加工變形后，鑄錠內(nèi)部的疏松缺陷有的變成了裂紋缺陷，有的仍然保持疏松組織原貌[4-6]。

7A52鋁合金在軋制加工生產(chǎn)中，在合金厚板材寬度方向上距板材邊部約120～200mm范圍內(nèi)、板材厚度的（30±2）mm處，經(jīng)探傷發(fā)現(xiàn)板材內(nèi)部存在裂紋缺陷，該缺陷嚴(yán)重破壞了合金基體組織的連續(xù)性。因此，需對合金板材的探傷缺陷開展定性分析，觀察其宏觀形貌、顯微組織等，分析缺陷產(chǎn)生的原因，為7A52鋁合金厚板生產(chǎn)工藝的制定提供參考。

1 試驗材料和方法

試驗材料取自經(jīng)探傷后7A52鋁合金軋制厚板的缺陷部位，具體取樣是在合金厚板材寬度方向上距板材邊部約120～200mm 范圍內(nèi)、板材厚度的（30±2）mm 處取樣。采用體視鏡、光學(xué)電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡對合金材料進(jìn)行檢測分析。將低倍試樣浸蝕后進(jìn)行宏觀觀察；試樣經(jīng)磨制后觀察其高倍組織；在掃描電鏡下觀察樣品缺陷部位。

2 試驗結(jié)果

2.1 低倍組織

將樣品的橫截面銑面后進(jìn)行低倍浸蝕，然后觀察其低倍形貌。樣品心部存在較多小裂口，其形貌見圖1。

2.2 金相分析

在樣品缺陷部位取樣磨制成高倍試樣，其典型顯微組織見圖2。由圖2可知，樣品多在三角晶界處呈裂口狀。

2.3 掃描電鏡分析

在掃描電鏡下觀察樣品缺陷部位，其典型形貌特征見圖3。由圖3看出，在樣品缺陷部位流線已存在變形，缺陷部位存在小裂口。

3 分析及討論

在軋制過程中，厚板會產(chǎn)生一定量的寬展變形。這種變形一般表現(xiàn)為：板材邊部近表層區(qū)域變形最大，到心部逐漸減小，直到板厚的中間區(qū)域“零”寬展變形，使板材邊部形成中部凹陷的“腰鼓”形狀（見圖4）。由于金屬橫向變形程度的不一致，在“零”變形區(qū)和寬展變形區(qū)之間必然存在金屬流變引起的張應(yīng)力。應(yīng)力的大小取決于寬展變形區(qū)與“零”變形區(qū)之間變形量的差值；應(yīng)力的分布特征表現(xiàn)為距邊部“零”距離時最小，隨著距邊部距離的增加而變大，到達(dá)峰值后隨金屬寬展變形程度的減弱而變小，直至“零”寬展變形點時，張應(yīng)力回復(fù)到零點（見圖4）。

當(dāng)張應(yīng)力的大小超過金屬薄弱點（如枝晶界、顯微疏松）強(qiáng)度時，即會造成該點金屬拉裂，形成局部微裂紋缺陷。微裂紋隨應(yīng)力增加而擴(kuò)大直至形成探傷可見“缺陷”，隨進(jìn)一步熱軋變形而“焊合”成探傷不可見“缺陷”。

4 結(jié)論

對樣品缺陷部位的宏觀、顯微形貌特征進(jìn)行的綜合分析結(jié)果表明，在軋制過程中板材邊部發(fā)生的寬展變形是因板材表層與芯部的寬展變形不均勻，導(dǎo)致板材形成局部應(yīng)力集中所致。疏松缺陷破壞了基體材料的連續(xù)性，此處材料強(qiáng)度較低，當(dāng)應(yīng)力超過所在位置的材料強(qiáng)度時，產(chǎn)生局部裂紋，當(dāng)裂紋尺寸足夠大時就形成了探傷缺陷。