一种铝合金圆铸锭均匀化效果快速检测方法研究

王明坤，栾守国，蒋隆华，刘文霞

（龙口市丛林铝材有限公司，山东龙口265705）

一种铝合金圆铸锭均匀化效果快速检测方法研究

王明坤，栾守国，蒋隆华，刘文霞

（龙口市丛林铝材有限公司，山东龙口265705）

利用电导率仪及硬度计检测6A01、6005A、7B05等合金多个炉次铸锭均匀化后的导电率及硬度值，并用金相显微镜、扫描电镜对铸锭均匀化后组织进行检测、验证、对比分析。试验数据结果表明：用导电率、硬度、金相及扫描分析评价铝合金铸锭均匀化效果，其检测值之间存在较好的相关性。考虑企业生产的连续性及可操作性，选择硬度检测方法定量评价铝合金铸锭均匀化效果，并制定出现场检测标准。

铝合金铸锭；均匀化效果评价；导电率；硬度

0 前言

随着铝及铝合金技术的不断发展，铝材已广泛应用于轨道交通、航空航天、建筑装饰及机械电子等行业，且对铝及铝合金的综合性能要求越来越高。目前，6×××及7×××系等变形铝合金在轨道交通中应用较多，如6A01、6005A、7B05等，这几种合金通常是采用半连续铸造方法铸造，由于冷却速度快，结晶在非平衡状态下进行，引起严重的晶内偏析，导致铸锭中产生组织和成分上的不均匀性，且铸造时的快速冷却可引起较大的残余应力，影响后续生产过程，需对铸锭进行均匀化处理。

铝合金铸锭的均匀化处理是变形铝合金生产的第一道热处理工序。均匀化处理工艺可使非平衡组织溶解，枝晶偏析消除，且过饱和固溶元素从固溶体中析出，使铸锭组织均匀，以达到消除铸造应力、提高铸锭塑性、减小变形抗力的目的[1]。铸锭均匀化处理效果的好坏会直接影响材料的加工性能及后续的使用性能，经过均匀化处理的铸锭不仅容易进行挤压生产，且表面质量和综合性能等均优于未经过均匀化的铸锭。

目前关于铝合金均匀化效果的评价方面的研究较少，仅在YS/T67-2012《变形铝及铝合金圆铸锭》中规定“经过均匀化处理的圆铸锭显微组织不允许有过烧”[2]，只能凭经验采用金相进行分析定性判断其均匀化效果，而并没有提供一套完整的定量评价均匀效果的检测方法。本文主要目的就是研究出一种较为简便快速且能定量分析均匀化效果的检测方法。

1 试验方法

1.1 铸锭试片硬度和导电率测量与统计

使用硬度计及电导率仪测量铸棒头尾部试片从边部到中心的硬度及导电率，并绘制变化曲线。

1.2 利用金相及扫描分析验证相关性

取试片边部、1/2半径及中心位置试样，利用金相显微镜及扫描电镜进行分析并结合测量数据进行对比，以验证硬度或导电率评价铝合金铸锭均匀化效果的相关性。

1.3 实测校验

考虑实际生产，利用硬度值评价均匀化效果相对简便，并根据铸棒头尾部表面实际情况，选择未锯切铸棒1/2半径位置进行硬度实测校验。

2 试验内容及结果分析

在试验研究中采取了金相检测、扫描分析、导电率及硬度检测方法，对6A01、6005A及7B05合金多个炉次（5炉及以上）均匀化后试片进行金相及扫描检测分析，并统计其硬度及导电率。试验中每种合金均验证了5个炉次以上，在此以6A01合金某一炉次各项检测结果为例。

2.1 通过金相组织评价均匀效果

取6A01铸锭均匀化后试样做金相分析，观察是否过烧及均匀化效果情况。取样位置为铸锭头尾部的边部、1/2半径及中心部位，其200倍下金相组织如图1及图2所示。由图中铸锭金相组织照片可以看出：

（1）该炉次6A01铸棒未出现过烧情况，且非平衡共晶相溶解，枝晶组织消除，高熔点难溶相含量较少，说明均匀化效果较好，但不能量化评价其均匀化程度。

（2）从边部到中心，残余溶质原子及第二相含量有增多的趋势，与铸造时冷却强度由边部到中心逐渐减小有关。

通过观察金相组织是最常见的检测方法，该方法能直观地判断铸锭组织是否过烧，但难以实现对均匀化效果的量化评价。

图1 合金头部金相组织

图2 合金尾部金相组织

2.2 通过扫描组织评价均匀化效果

利用扫描电镜对6A01试样尾部边部、1/2半径及中心位置进行分析验证，其扫描照片如图3所示。由图3铸锭扫描照片可知：

从扫描图片中可清晰判断合金试样中未溶解的共晶组织，该炉次铸棒均匀化后晶界处的共晶组织已基本完全溶解，且从边部到中心高熔点残余相有增多趋势，但仅存在少量较小的残余相，可认为均匀化效果较好。

图3 合金SEM照片

2.3 通过导电率及硬度评价均匀化效果

使用电导率仪及硬度计检测及统计铸锭均匀化后头尾部的导电率及硬度值，其导电率及硬度变化曲线如图4所示。从导电率及硬度变化曲线可知：

（1）从边部到中心，头尾部硬度及导电率差值均较小，且头部与尾部差值也较小，说明均匀化处理效果较好。

（2）从边部到中心硬度呈逐渐增加的趋势，导电率呈逐渐下降的趋势，硬度与导电率总体来说呈负相关关系，且与金相组织及扫描组织变化趋势一致，存在较好的相关性。

通过导电率方法可量化评价铸锭均匀化效果，随着均匀化的进行，合金中存在的铸造应力逐渐消失，合金元素的浓度差逐渐变小，基体中空位的浓度也逐渐减小并趋向平衡，从而导电率趋于稳定，可认为此时均匀化已完成[3]。但电导率仪使用过程较为繁琐，开启仪器电源开关，需要预热10min，分别对仪器的高值及低值进行三次校正调零，且电导率仪对铸棒表面粗糙度要求较高。

利用硬度检测方法也可量化评价合金铸锭均匀化效果。以6A01合金为例，随着均匀化的进行，合金中存在的铸造应力逐渐消失，合金元素的浓度差逐渐变小，Mg2Si相的溶解达到平衡，合金的硬度也开始保持在最低值基本不变，可认为均匀化已完成[3、4]。与电导率仪相比，硬度检测操作简便，适合企业大批量生产检测。

图4 6A01合金导电率及硬度曲线图

上述4种均匀化效果的评价方式，通过金相组织观察的评价方法较为常用，但不能量化评价其均匀化程度；通过扫描组织检测最为准确，但成本高耗时长，不适宜企业连续性生产；导电率测试的评价方法制样简单，但电导率仪使用较为繁琐且对铸棒表面粗糙度要求高；通过测量硬度评价均匀化效果的方法操作最为简便，而且可量化评价均匀化程度。

前期经过多次试验，对比金相、扫描、导电率及硬度检测结果，证实了用硬度或导电率评价铝合金均匀化效果的相关性及可行性，考虑企业实际生产，可选择最为简便可行的硬度测试方法。为保证生产的连续性，测量未锯切铸棒头尾部硬度较为合理有效，根据铸棒头尾部表面实际情况，选择头尾1/2半径位置较光滑处进行硬度测量。

在后续试验中，检测并统计了6A01、6005A及7B05等合金多个炉次的均匀化后铸锭的硬度值，并跟踪验证其后续挤压压力、性能及型材表面质量等，汇总数据并制定出均匀化检测标准，并用于日常生产过程检测，如表1所示。

表1 检测数据汇总表

3 结论

通过对多个炉次6A01、6005A及7B05铝合金铸锭均匀化后导电率及硬度的检测，并利用金相及扫描进行分析验证，使用导电率或硬度评价铝合金均匀化效果具有可行性，且可对均匀化效果进行量化评价。在实际生产中，利用硬度值评价均匀化效果相对简便，并考虑生产的连续性及铸棒表面实际情况，测量均匀化后未锯切铸棒头尾部1/2半径位置的硬度较为合理有效。6A01、6005A及7B05合金未锯切铸棒1/2半径位置硬度分别不大于35HB、37HB、62HB，可认为均匀化效果较好。

[1]肖亚庆，谢永生，刘静安，等.铝加工技术实用手册[M].北京，冶金工业出版社，2012：281

[2]YS/T67-2012，变形铝及铝合金圆铸锭［S］.中华人民共和国有色行业标准，2012

[3]钱晓明.6061铝合金均匀化热处理效果评价及工艺研究[D].长沙：中南大学，2011

[4]黄继武，尹志民，李杰，王涛.均匀化处理对7055合金硬度和电导率的影响[J].稀有金属，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，山东龙口人，本科。

2016－11－09