7005 铝合金中过烧温度的研究检测方案(共聚焦显微镜)

7005铝合金过烧温度的研究 李延军，孙巍，李鹏伟，王彦俊，刘兆伟，曹振华(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳111003) 摘要：本文通过对7005铝合金铸造组织进行不同温度的均匀化处理试验，半连续铸造7005合金铸态组织存在严重的枝晶偏析，各晶粒周围包围着大量的枝晶网，枝晶臂间存在着大量的结晶相，通过型扫描电镜、金相显微镜及电子万能试验机等检测设备确定7005合金过烧温度为550℃。当均匀化化处理温度达到550℃时，继续升高处理温度达到580℃发现组织中复熔球的数量增多和体积明显变大，此时合金发生严重过烧。 关键词：7005铝合金；铸造；均匀化处理；过烧 中图分类号：1： TG166.3 文献标识码： 文章编号： The burning temperature research for 7005 aluminum alloy LI Yan-jun (Liaoning Zhongwang Group Co.，Ltd.， Liaoyang Liaoning 111003，China) Abstrac： This article through to 7005 aluminum alloy casting organization of different temperature uniformityprocessing experiment， half the continuous casting 7005 alloy as-cast organization has serious branch crystalsegregation， each grain is surrounded by a large number of branches around the crystal nets， branch crystal armbetween a lot of crystalline phase， Through the type of scanning electron microscopy (SEM)， metallurgicalmicroscope and electron universal test machine and testing equipment sure 7005 alloy， burning temperature of550 ℃. When even the temperature reaches 550 ℃ of processing， to increase the temperature reaches 580 ℃processing discovery group melt the growing number of double ball and volume obvious change， this time alloyserious burning. Key words： 7005 aluminum alloy； Casting； Uniformity processing ； Overburning 7005 铝合金属于中高强 A1-Zn-Mg合金，具有较高的强度、良好的焊接性能和工艺性能，是航空航天器以及地面车辆和装备的主要焊接结构材料，被广泛用于制造高速列车的车体。近几十年来，开发高强高韧铝合金新材料成为铝合金发展的主要方向，由于7005合金中含有较高的Zn、Mg 元素，铸造铝合金中容易生成非平衡结晶，并容易产生严重的枝晶偏析和区域偏析，并且基体中的主要元素处于过饱和状态，在快速冷去过程中，在铸锭内部形成很强的内应力，这种枝晶网状组织使得合金的压力加工性能变差，制品的强韧性降低，并增加了各 ( 收稿日期：2012-01-11 ) 向异性和腐蚀敏感性12-4]。因此，在挤压生产前要进行前要进行均匀化处理，以消除枝晶偏析，消除内应力，使非平衡组织物溶解，脆性过剩相的总数量减少，以及有骨络状分叉组织的平衡过剩相转变为圆形球状晶5，从而提高材料的热变形能力和冷变形能力。 本文主要研究7005合金在不同均匀化处理制度下所得到的金相组织，通过对得到的金相组织和断口形貌进行分析研究，从而确定合金的过烧温度。其研究结果对7005铝合金的实际生产有着重大意义。 1试验准备 试验用7005铝合金挤压棒坯为电炉熔炼的且采用半连续铸造方法生产，铸造过程中采用泡沫陶瓷过滤， Al-Ti-B丝细化晶粒，铸棒大小为中220×4000其化学成分见表1。均匀化处理理样尺寸为中120× 220mm的棒料，采用电阻炉在470℃、480℃、500℃、530℃、545℃、550℃、560℃、580℃、600℃、610℃不同温度下进行10h均匀化处理，铸棒均匀化处理后采用空冷。 表1 7020合金化学成分(质量分数) Tab.1 Chemical composition of 7020 alloy (Mass fractopn) % 元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn 其他杂质 Al 单个 合计 标准 0.35 0.40 0.10 0.20~0.70 1.0~1.8 0.06~0.20 4.0~5.0 0.05 0.15 余量 试验料 0.33 0.38 0.10 0.65 1.65 0.18 4.65 0.05 0.15 余量 本试验采用扫描电镜、AXIO万能研究级倒置式材料金相显微镜、AG-IC50KN 电子万能试验机和 ARLMA-283直读光谱仪等设备进行材料的显微 组织、断口形貌、力学性能测试及化学成分的分析研究，试验中使用的RX4-60-8箱式电阻炉升温速率可以控制在5℃/min， 保证材料均匀受热。 2试验结果与分析 2.1铸态组织研究 7005合金的组织形貌是在光学显微镜和扫描电镜下观察到的，其组织形貌如图1所示。由于合金中合金化元素含量较高，其铸态组织存在严重的枝晶偏析，各晶界间分布着大量的细小的第二相，各晶粒周围包围着大量的枝晶网[6]，枝晶臂间存在着大量的结晶相。这种网状的枝晶组织使材料的脆性增大、塑性降低，严重影响材料的使用性能。 对铸态组织进行扫描电镜和能谱分析结果可知。组织中有深灰色块状的结晶相和浅灰色骨骼状的共晶体，在晶界附近和枝晶间是主要合金元素富集区，，存在严重的枝晶偏析，箭头1、2深灰色块状的结晶 相的化学成分含有AlCuFeZn 等元素可能是 Al7CuzFe相和 ZnAl6，箭头3浅灰色骨骼状的共晶体其成分含有 AlFeMnSi 等元素可能是 AlFeMnSi 相。7005合金平衡冷却凝固时，各成分元素应溶入基体中，不应该出现共晶反应，是由于在半连续铸造冷却过程中发生非平衡凝固，导致大量的合金元素聚集，形成大量的非平衡共晶体，所以此种合金在铸造后必须进行均匀化处理使合金中的可溶性相溶入集体，最大的减少集体中残留的结晶相，提高合金的塑性和抗疲劳断裂性能，使合金元素溶解充分，提高合金的时效强化潜力。 图1 7005合金铸态组织金相图 Figure 1 7005 alloy as-cast metallographic organization chart 图2 7005合金铸态组织及能谱分析结果 Figure 2 7005 alloy as-cast organization and the energy spectrum analysis results 图3为7005合金铸锭经过相同时间均匀化处理后的金相组织，与图1铸态组织相比可见，经过545℃、10h 到580℃、10h均匀化处理后，非平衡共晶数量明显减少，网状结构基本不连续，合金中部分第二相溶入基体当中，合金中强化相分布较为均匀。在图3(a)中可以看出组织中依然有部分枝晶结构，晶内还存在第二相，但第二相的体积明显变小，在图3(b)中可以看出随着均匀化温度的提高，组织中晶界细小光滑并且枝晶 结构基本消失溶入基体中，共晶组织已经开始熔化，此时在金相图中有共晶复熔现象产生，在晶粒内部及部分晶界交汇处有产生处复熔球的产生，确定此温度下合金发生过烧。继续提高均匀化温度如图3(c)、(d)，发现组织中复熔球的数量增多和体积明显变大，并且存在大量的复熔三角区，局部出现晶界加粗说明此温度下合金已经发生严重过烧。 图3 7005 合金分别经过545℃、550℃、560℃、580℃均匀化处理10h 的金像组织 Figure 3 7005 alloy after 545 550 560 respectively 580 even the processing of the gold 10 h organization 7005合金半连续铸锭在550℃均匀化处理 10h的扫描电镜组织及能谱分析结果如图4所示。可见组织中残留较多的未溶第二相，其成分与T(A1MgzZn3) 相极其相似，可以确认为 AlMgzZn3相，经过扫描电镜及能谱分析可知大块相为 S(CuMgAlz)和 AlFeMnSi等相基体中析出的小条点状相为 MgZn2相。 图4 7005 合金550℃均匀化处理 10h 扫描电镜组织及能谱分析结果 Figure 4 7005 alloy 550 uniformity processing 10 h scanning electron microscopy (sem) organizationand the energy spectrum analysis results 影响合金均匀化处理的主要因素有温度、保温时间、处理后冷却速度，其中温度的影响最大。在低温处理时，合金元素扩散系数低，金属间化合物融入集体的速度较慢。对于低熔点的共晶来说均匀化初期已有大量溶解到基体中，继续增加保温时间扩散效果很不明显，而高温共晶体没有达到溶解温度，扩散就更加难以进行，所以7005合金在545℃进行处理时依然有部分枝晶结构存在，没有共晶组织发生溶化，随着处理温度升高到550℃时枝晶结构基本消失溶入基体 4结论 1、半连续铸造7005合金铸态组织存在严重的枝晶偏析，各晶界间分布着大量的细小的第二相，各晶粒周围包围着大量的枝晶网，枝晶臂间存在着大量的结晶相。 2、半连续铸造7005合金过烧温度为550℃，随着均匀化处理温度的提高，7005合金过烧程度不断加重，当均匀化温度达到580℃时，合金的过烧已经相 中，共晶组织已经开始熔化，，随着均匀化温度达到560℃以上时发现组织中复熔球的数量和体积明显变大，并且存在大量的复熔三角区，局部出现晶界加粗，此时材料过烧现象已经很明显，在图2和图4的分析结果可知7005半连续铸造合金铸态组织中除了Al基体外存在大量的AlFeMnSi共晶体和一定量的Al7CuzFe相似相， 而 AlCuzFe 的含 Fe 相随着温度的升高没有溶入基体当中一直处在于晶界处。为保证半连续铸锭的均匀化效果应该严格控制均匀化温度。 当严重，7005合金在均匀化处理时温度要保持在545±3℃较为合适。 3、7005 合金在过烧后，，合金中的共晶相(AlFeMnSi)型结构呈现“复熔球”状，随着过烧温度的升高合金的晶界明显加宽，晶界处有复熔三角区的产生。 ( 参考文献： ) ( [1]黄伯云，李成功，石力开，邱冠周，左铁镛.中国材料工程大典[M].北京：化学工业出版社，2006：105 - 106 ) ( [2]王祝堂，田荣璋.铝型材加工使用技术手册[M].湖南： ： 中南大学出版社，2000：64-65 ) ( 苏北华.LC4铝合金铸锭的高温均匀化[].轻合金加工技术，1995，23(4)； 1 3-17 ) ( 4刘晓涛，董洁，崔建忠，赵刚.高强铝合金均匀化处理[J].中国有色金属学报，2003，13(4)；900-913 ) ( [5]罗苏 ， 吴锡坤.铝型材加工实用技术手册[M].湖南：：中南大学出版社，2006：288-292 ) ( 李国峰，张新明，朱航飞，李鹏辉 . 7B50高强铝合金的均匀化[J].中国有色 金 属学报，2008，18(5)；764-770 ) ( 高凤华，李念奎，丛福官，田妮，赵刚.7050合金半连续铸锭中结晶相及其均匀化处理[J].稀有金属，2008，32 (3)；274-278 )  本文通过对 7005 铝合金铸造组织进行不同温度的均匀化处理试验，半连续铸造 7005 合金铸态组织存在严重的枝晶偏析，各晶粒周围包围着大量的枝晶网，枝晶臂间存在着大量的结晶相，通过型扫描电镜、金相显微镜及电子万能试验机等检测设备确定 7005 合金过烧温度为 550℃。当均匀化化处理温度达到 550℃时，继续升高处理温度达到 580℃发现组织中复熔球的数量增多和体积明显变大，此时合金发生严重过烧。