7075-T6包铝材料电导率测试分析和处理

钟丽英，张亚荣，薛　磊，张敬彤，杨书勤

(陕西飞机工业(集团)有限公司， 汉中 723215)



7075-T6包铝材料电导率测试分析和处理

钟丽英，张亚荣，薛磊，张敬彤，杨书勤

(陕西飞机工业(集团)有限公司， 汉中 723215)

摘要：铝合金热处理质量的检验一般是通过测量其电导率来进行间接评价的。使用Sigmatest 2.069涡流电导率仪，测量厚度为0.04英寸7075-T6包铝材料的电导率时，发现测量结果始终不符合验收标准。对此,进行了原因分析和验证试验，重新确定了仪器制造商提供的Sigmatest 2.069修正表中厚度为0.04英寸包铝材料的电导率修正值。

关键词：铝合金；电导率；验收标准；修正值

铝合金材料的硬度和热处理状况会影响其在生产中的使用。硬度检验采用的是破坏性测量方法，热处理质量评价一般通过测试其电导率间接进行。

利用量值准确的电导率标准试块[1]校准性能合格的电导仪，并测试铝合金电导率。只要试件的厚度、大小、表面状态等满足测试条件要求，就可以直接测试出材料和零件的电导率[2]，并按相关标准规定的电导率进行铝合金牌号、状态的识别或分选。

17075-T6包铝材料电导率测试

1.1波音铝合金电导率测试标准

波音企业标准BAC 5946AA《铝合金状态检验》给出了厚度在0.063英寸(1 in=25.4 mm,此处为与所讨论的电导率修正表中单位一致,采用英寸单位)以上的非包铝(裸铝)材料的电导率验收范围。

BSS 7351E《涡流电导率检验——直接读数法》标准给出了薄规格材料、包铝材料、曲面材料、 表面涂层在一些特殊检测条件而需要修正的部分仪器的修正数值。未列在BSS 7351E中的仪器，则使用仪器制造商提供的修正数值。

BAC 5651A《涡流电导率检验》标准规定了用涡流方法测试非铁磁性材料电导率的要求。

1.2测试对象与条件

包铝合金7075，热处理后状态T6，厚度0.04英寸。采用Sigmatest 2.069涡流电导率仪和Sigmatest D 2.068涡流电导率仪。测试频率选用60 kHz。

1.3测试步骤

严格按照BSS 7351E中5.1的步骤进行测试。

(1) 检验人员从BAC 5946AA中(见表1)获得被检零件7075-T6的电导率验收限(未修正的)，数值为30.0%～35.0%IACS(1%IACS=5.8×105S·m-1)。

(2) 包铝薄规格零件的电导率修正值见仪器供应商提供的Sigmatest 2.069修正表(见表2)。30.0%～35.0%IACS对应厚度0.04英寸，修正后的验收范围是35.5%～37.5%IACS。

表1　电导率和硬度验收极限

表2　Sigmatest 2.069-2024，7075，7079，7178包铝材料经修正的电导率(60 kHz)　%IACS

(3) 测试结果记录在相应的书面记录上，并修整到精确度0.5%。此批次测试结果见表3(合格数为0,不合格数为3)。电导率测试值在33.5%～34.5%IACS间，低于35.5%～37.5%IACS的验收要求。之后又有几批次同类材料在进行测试时，存在同样的问题。

表3　转包原材料电导率测试记录　%IACS

2测试结果分析及验证试验

2.1测试结果分析

测试结果与要求不符，经过分析,可能有下列原因：

(1) 测试方法及设备的调试不符合标准要求：未严格按Sigmatest 2.069仪器操作程序对设备进行校准，测试的频率未按要求采用60 kHz。

(2) 测试人员：人员不同导致施加探头的压力可能不同，而引起涡流响应有差异。

(3) 材料牌号及状态：材料牌号选用不正确。

(4) 热处理时效时间不够。

(5) 零件/材料厚度：由于零件的厚度不同导致电导率的修正数值不同，需要确认零件厚度有无偏差。在拒收厚度小于1.50 mm的零件前，应用千分尺或等效量具确定检验区厚度，并证实该电导率测试值是在此零件薄规格厚度基础上得出的数值。

2.2验证试验

(1) 按照BSS7351E要求，为了保证电导仪、探头、标准块、测试零件和测试地点的环境温度之间的温度差最小，零件和检验设备要求在同一检验条件下放置至少1 h。

(2) 严格按Sigmatest 2.069仪器操作程序对设备进行校准，测试的频率采用60 kHz。

(3) 分别由持有涡流转包资格证的4位人员独立操作，测试结果几乎没有差异，仍然不合格。

(4) 通过化学分析，证明材料牌号为7050。

(5) 当电导率数值低于验收范围时，一般通过延长时效时间来提高电导率数值。因此，将被检材料的时效时间延长2 h后测试，结果还是不符合验收要求；再将时效时间延长到4 h后测试，电导率提高了0.5%IACS左右，但仍然低于验收值，不符合验收要求。

(6) 用千分尺测量这三件材料的厚度，在0.04英寸公差范围之内，说明通过表2查的修正值没有错误。

通过以上验证试验(针对Sigmatest 2.069仪器)，排除了2.1中所述的可能影响检测结果的因素。分析之后，决定采取下列试验判定该批包铝零件是否可以验收。

2.3使用Sigmatest D 2.068涡流电导率仪

考虑到不同型号的涡流电导率仪，由于受线圈尺寸、结构及仪器信号处理电路等因素的影响，即使采用的测试频率相同，其对于上述各项影响因素的响应也并不相同，甚至可能存在较大的差异；因此在实际测试时，必须针对具体的仪器建立或制定适用的修正关系或修正系数，以消除或补偿相关的影响。

通过对不同仪器进行测试，实测值会有一些变化，但对于测量结果是无影响的。因此决定更换仪器进行测试。

使用Sigmatest D 2.068涡流电导率仪，通过查找BSS 7351E中该材料的包铝修正值(见表4)进行修正，其修正后的验收范围应在33.0%～37.5%IACS。实际测量值见表5，可见这些零件的电导率值都在验收合格范围之内(合格数为3，不合格数为0)。则，该批零件可以验收。

表4　Sigmatest D 2.068-2024, 2524, 7075, 7079, 7178包铝材料经修正的电导率(60 kHZ)　%IACS

表5　转包原材料电导率测试记录　%IACS

2.4去除包铝层测试

因为包铝是在铝合金的表面镀上纯铝后，电导率值发生变化的，故可通过试验后对裸铝的电导率值进行修正,也可通过查表直接进行修正。

对于包铝材料，若电导率实测值不符合验收范围的要求时，可在征得工程部门同意后在检验区或随炉试样上去除包铝层后进行检验，按裸铝验收范围进行验收。由于仪器供应商提供的Sigmatest 2.069修正表(见表2)修正出来的测试结果不符合要求,故只好通过去除包铝层来判定该批零件是否合格。

包铝层的去除，笔者遵循BSS 7351E标准第5.1.3.2条款中 2)(b)条“对于厚度小于0.063英寸的零件/材料，应去除材料两侧包铝层，应用千分尺或等效量具测量确定检测区厚度，并使用与裸铝厚度规格相同的修正系数。仅在去除部分测量电导率”的规定。

按此规定，厚度为0.04英寸的包铝零件需要除去两侧包铝层。在此批次中挑出电导率最小值和最大值的两件(1号件和3号件)，千分尺测量其厚度分别为0.62,0.66 mm，平均厚度约为0.025英寸。

通过查找仪器供应商提供的Sigmatest 2.069修正表(见表6)中该材料的裸铝修正值，即对应厚度为0.025英寸的7075-T6裸铝材料，修正后的验收范围为29.0%～35.0%IACS。检测结果见表7(合格数为2,不合格数为0)。电导率测量值在30.5%～32.0%IACS之间，符合29.0%～35.0%IACS的验收要求。该批零件可以验收。

2.5测量硬度

各种牌号的铝合金的电导率值与其硬度、热处理状态之间并不是简单的一一对应关系。因此对于不同牌号和热处理状态的铝及铝合金，如果测得的电导率值在规定的验收范围内，可推断其硬度合格；反之，测得的数值超出验收范围内的，决不能由电导率值判定该试件为不合格品，而需要对其作补充硬度试验，并对硬度试验结果作进一步的分析和判定。

如测量硬度的结果也符合要求,则该批零件可以验收。

2.6验证试验分析

通过更换仪器使用Sigmatest D 2.068涡流电导率仪，去除包铝层后按裸铝验收范围进行验收，以及测量硬度，该批零件都属于可以验收的合格零件。只有使用Sigmatest 2.069涡流电导率仪测试才会出现验收不合格的问题。

观察表4发现，用Sigmatest D 2.068仪器测试厚度为0.04英寸的7050-T6包铝材料时，对应于30.0%IACS的修正值为33.0%IACS，无论橫比表中数值33.5、32.5，还是纵比表中数值32.0、34.0，该数值都比较符合插入法规律。但是对于表2，发现用Sigmatest 2.069仪器测试厚度为0.04英寸的7050-T6包铝材料时，对应于30.0%IACS的修正值为35.5%IACS，无论橫比表中数值33.5、32.5，还是纵比表中数值33.5、35.0，该数值都属于拐点。

表6　Sigmatest 2.069薄规格裸铝材料经修正的电导率(60 kHz)　%IACS

表7　 转包原材料电导率测试记录　　%IACS

笔者就该问题询问别的航空厂家，他们也存在同样的问题。通过上述分析，笔者认为使用Sigmatest 2.069仪检测厚度为0.04英寸的7075-T6包铝材料，其修正值不正确。接下来，笔者将通过试验找出Sigmatest 2.069仪器测试厚度为0.04英寸的7050-T6包铝材料的电导率修正值。

2.7确定修正值

对不同批次同类材料进行了大量测试并记录测试结果，厚度为0.04英寸的7050-T6包铝材料，测量的电导率最小值修整后在33.5%～ 34.0%IACS间。笔者认为对应于30.0%IACS的0.04英寸7075-T6包铝材料的电导率修正值应为33.5%IACS。

3问题处理

将Sigmatest 2.069仪器测试厚度为0.04英寸的7050-T6包铝材料中出现的问题，测试结果分析和验证试验分析，以及经试验得出的修正值都反馈给波音代表。仪器制造商福斯特公司通过对2024，7075，7079，7178系列材料重新进行试验，并对表格里提供的所有修正值反复进行试验及验证，半年后，对全球用户提供更新后的版本。新版本中使用Sigmatest 2.069测试厚度为0.04英寸的7050-T6包铝材料，对应于30.0%IACS的修正值更新为33.5%IACS(见表8)。

表8　 Sigmatest 2.069-2024，7075，7079，7178包铝材料经修正的电导率(60 kHz)　%IACS

4结论

针对测试薄规格包铝材料电导率出现的问题，可按如下步骤解决：首先确保测试设备的调试符合标准要求，接下来通过延长时效、化学分析材料的成分确定材料及热处理工艺没有问题;然后,通过不同仪器测量，对测试的结果进行对比；最后,通过去除包铝层及测量硬度来验证测试结果的正确性。笔者按照此方法，重新确定了仪器制造商提供的Sigmatest 2.069修正表中厚度为0.04英寸包铝材料的电导率修正值，具有一定的实用价值。

参考文献:

[1]国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材编审委员会编.涡流检测[M].北京：机械工业出版社2004.

[2]任吉林,林俊明.电磁无损检测[M].北京：科学出版社2004.

The Analysis and Processing for Electrical Conductivity Test of 7075-T6 Aluminum Material

ZHONG Li-ying, ZHANG Ya-rong, XUE Lei, ZHANG Jing-tong, YANG Shu-qin

(Shanxi Aircraft Industry (group) Co., Ltd., Hanzhong 723215, China)

Abstract：Quality test of aluminum alloy heat treatment is often done by an indirect evaluation of measuring the conductivity. It was found that, when the Sigmatest 2.069 eddy current conductivity instrument was used to measure the electrical conductivity of 7075-T6 aluminum materials of thickness 0.04 inches, the measured results were always not in conformity with the acceptance standard. Detailed analysis and a large number of verification tests were carried out in order to find the cause, and finally the correction values in the Sigmatest 2.069 table for aluminum alloy of thickness 0.04 inches were revised.

Key words:Aluminum alloy; Electrical conductivity; Acceptance standard; Revised value

中图分类号：TG115.28

文献标志码：A

文章编号：1000-6656(2016)04-0041-04

DOI:10.11973/wsjc201604011

作者简介：钟丽英(1969-)，女，工程师，本科， 主要从事无损检测工作。通信作者：杨书勤(1984-)，男，工程师，硕士，主要从事理化检验及无损检测工作， E-mail: 330107601@qq.com。

收稿日期：2015-08-09