5083铝合金板材表面裂纹缺陷分析

王海彬

(东北轻合金有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150060)

5083铝合金板材表面裂纹缺陷分析

王海彬

(东北轻合金有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150060)

用金相显微组织分析、扫描电镜及能谱分析等方法，对5083铝合金板材表面裂纹缺陷进行了分析研究。结果表明，该板材组织存在的大块AlFeMnSi四元相是产生裂纹的主要原因，控制铸态初生相的尺寸、合理控制热轧轧制加热制度可有效控制此类缺陷的产生。

5083铝合金；AlFeMnSi相；表面裂纹缺陷

0 前言

作为轻质结构材料，铝合金以其独特的性能越来越受到各领域的青睐。5×××系铝合金具有中等强度并具有优秀的防腐蚀性能。其中，5083合金作为5×××铝合金的典型牌号产品被广泛用于轨道交通、压力容器、模具制造等行业中。例如LNG船用5083罐体[1]、地铁用5083型材等。本文中所讲述的5083合金板材，主要是压力容器用的罐体材料，结合使用特点，对板材表面质量要求较高。生产企业在生产过程中出现了一些外观质量缺陷，本文主要针对外观质量缺陷形貌特征、产生的机理以及后续的预防措施等方面进行简要介绍和讨论。

1 试验方案

5083铝合金板材的生产工艺：半连续铸造成分合格的铸锭（规格：520mm×2120mm×2300mm）→均匀化→铣面→加热→热轧→锯切成品→验收→包装。

在带有表面裂纹缺陷的部分板材上，切取有缺陷的部位进行低倍、高倍组织观察及扫描能谱分析。

2 试验过程及结果分析

2.1 宏观组织分析

5083铝合金板材的单面存在表面裂纹缺陷，其典型形态见图1。

图1 5083板材表面裂纹缺陷宏观照片

从图1可以看出，板材表面的缺陷呈条带状，条带状缺陷的方向与板材的轧制方向一致，该缺陷经NaOH水溶液浸蚀后更为明显，见图2。

图2 经NaOH水溶液浸蚀后的表面裂纹缺陷

2.2 缺陷显微组织观察

图3为任意选取的板材表面缺陷裂纹部位不同放大倍数的晶粒覆膜照片。

图3 板材表面缺陷裂纹部位的晶粒覆膜照片

由图3可见，在主裂纹附近存在很多细小的微裂纹，这些裂纹主要沿晶界扩展，并沿轧制方向拉长，未发现穿晶裂纹。因此，可以判断，该缺陷主要由主裂纹和微裂纹组成，该板材缺陷起源于晶界并沿晶粒走向扩展。

2.3 扫描能谱分析

对板材有表面缺陷的部位存在的主要结晶相进行了能谱分析，见图4。

图4 表面缺陷的部位主要结晶相的能谱分析

从图4可知，大块的灰白色相为AlFeMnSi四元相。可以看到，在板材表面缺陷主开裂区域附

近，即微裂纹处（图4（a）箭头处），存在的大量的尺寸较大的AlFeMnSi四元结晶相，而这些裂纹主要沿着晶界中残留的这种的AlFeMnSi四元结晶相扩展并延伸。

因此，分析认为，该大块残留相是导致板材表面产生缺陷的主要原因。在板材加热或轧制过程中，该大块相发生重熔或破碎而导致基体出现微裂纹或分层。

裂纹内部存在的相的能谱分析见图5。

图5 裂纹内部存在的相的能谱分析

从图5的能谱分析结果，可以看到，裂纹内部主要是大量的盐类化合物，此类化合物可能是由于轧制过程中盐类、乳液等污染物被镶嵌入缺陷内部造成的，也可能是在制样过程中磨料被镶嵌进入裂纹内部造成的，而非造成板材裂纹的原因。

3 结束语

综上所述，本批5083铝合金板材表面缺陷的形成原因为：

组织中存在的大量的大块AlFeMnSi四元相，在轧制加热或轧制过程中，发生重熔或破碎导致裂纹产生。

可采取以下解决办法：（1）严格控制熔炼温度、铸造温度以及合金元素的添加方式，细化生产工序要求，控制5083合金铸造过程中产生粗大块状相；（2）严格控制铸锭轧前加热温度及轧制温度，避免残存大块相重熔。

[1] 丁文斌，刘维，张姝妍. LNG储罐专用5083铝合金焊接工艺试验研究[J]. 中国造船，2009，5（11）：550-559

（编辑：余东梅）

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WANG Hai-bin
(Northeast Light Alloy Co.,Ltd.,Harbin 150060,China)

Crack defect for 5083 aluminum alloy plate surface was analyzed by aid of methods of metallaographical microstructure analysis, scanning electron microscope and energy spectrum analysis. The results show that bulk AlFeMnSi quaternary phase existed in plate microstructure are the main defect factors. Controlling size of primary phase and heating system of hot rolling can control the defects.

5083 aluminum alloy; AlFeMnSi phase; surface crack defect

TG146.21，TG339

B

1005-4898（2016）03-0014-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2016.03.03

王海彬（1981-），男，内蒙古满洲里人，工程师。

2016-01-20