显微硬度计-铝合金管材表面显微硬度测试

7A04-T6合金Φ30mmx5mm管材是制造某**产品的毛料，对其性能和表面质量要求严格。我公司供给用户的这种管材，在用户车削加工过程中，发现沿管材的纵向存在一条颜色比周围部位的浅、长短不一的挟窄区域，管材经阳极氧化后更加明显，称之为“亮线”。此现象在以往的7A04-T6金管材上从未出现过，对组织特征、形成原因及其对管材力学性能的影响尚未做过研究

　　本次试验从几个方面对有“亮线”的7A04-T6合金Φ30mmx 5mm管材进行分析，确定“亮线”的本质，找出产生此类缺陷的原因，为生产中进行上艺改进提供依据。

　　1 试验及结果

　　1．1 组织分析

　　（1）宏观组织

　　取有“亮线”的7A04-T6合金管料长200mm，表面纤机械加厂成楔形，“亮线”沿着管材的纵向分布，观察发现“亮线”呈两种形态：一种基本上与管料表面平齐，另一种略低于管料表面，呈凹陷状：“亮线”宽度为1mm左右，**种形式的“亮线”出现得较多。

　　(2)显微组织

　　将有“亮线”的金相试样置于光学显微镜厂观察，它们的显微组织见图1a 、1b和图2a、2b所示；从图中可见，“亮线”与基体组织之间完全融合，未见夹杂和裂纹等缺陷，其中与表面平齐的“亮线”处的化合物与基体其他部位相比，其大小未见差异，但化合物的数量略少一些，纤混合酸侵蚀后呈现的晶粒的尺寸相差不明显；而凹陷入表面的“亮线”处的组织与基体其他部位相差明显；只能看到零星少量化合物，该处品粒的尺寸比基体其他部位的大得多。

　　1．2定量金相分析

　　“亮线”和基体其他部位处组织参数的定量测量结果见表1所示。从表1可以看出，“亮线”处的**相体积分数明显低于正常部位的，其中与表面平齐的“亮线”处的**相体积分数少30％，而凹陷人表面的“亮线”处的**相体积分数少92％。

　　表1 7A04-T6合金管材“亮线”处与正常基体部位的**相体积分数　％

　　1.3扫描电镜能谱分析
　　对7A04-T6合金管材“亮线”处进行能谱分析表明凹陷入表面的“亮线”处的**相基本上是含有Fe、SI元素的化合物组成，与纯铝中的相似；而与表面平齐的“亮线”处的化合物与正常部位的化合物相同，且该处合金元素的含量偏低。

　　 1．4 显微硬度试验
　　由于7A04-T6合金管材的“亮线”宽度仅为1mm，只能测定“亮线”处与基体其他部位的显微硬度值，见表2所示。可以看出，与表面平齐的“亮线”处的显微硬度值比正常部位的略低，而凹陷入表面的“亮线”处的显微硬度值比正常部位的低得多，接近于纯铝的。

　　1　讨 论

　　从上述组织特征，扫描电镜能谱分析结果和显微硬度值可以看出，凹陷入表面的“亮线”与纯铝相似，属于白斑缺陷；而与表面平齐的“亮线”则符合光亮晶粒缺陷的特征，在半连续铸造的过程中。当熔体进入结晶槽与其底座接触时，冷却速度特别大，如2A12、7A04、7075等铝合金易在铸锭底部人而形成裂纹，*后引起大面积开裂，产生废品，因此，在铸造这些铝合金时，需使用纯铝预先铺底，将避免小现裂纹。如果铸造操作不当，引入铝合金熔体过快，猛烈冲击铺底的纯铝，使钔液飞溅，或者漏斗放入过早其底部粘结少量纯铝，它们落入铸锭中形成白斑．前者势必出现在铸锭的底部，而后者就难以断定其存在位置。

　　光亮晶粒的形成，通常分为两个途径：其一是在不平衡结晶过程中，由于铸造漏斗不平稳又预热不足，或铸造温度低、结晶速度慢，与此相应的在分配漏斗的底部和液穴底部存在着浓度梯度和温度梯度，易在漏斗的下方表面挂有先期结晶的树枝状晶体，该晶体不断被固定成分的金属熔体冲刷，在较高的温度下几乎总是按照同一成分的条件结晶长大成为贫乏合金成分的固溶体，随着铸造过程的进行，在漏斗下方逐渐形成较大的底结物，由于重量的不断增加或机械振动等原因，使底结物落入液穴中，与基体金属一起凝固形成光亮晶粒；其二是当熔体温度更低时，在结晶器液穴表层，溶体温度接近结晶温度，以某些质点为核心，首先结晶出少量晶粒悬浮在液穴内，随着结晶过程的进行，这些先期结晶出来的晶粒不断长大，并落入液穴底部，形成分散颗粒状的光亮晶粒。

　　7A06-T6合金Φ30mmX5mm管材的生产工艺是将空心锭经两次挤压后成管材，中间经过400℃加热两次和*终成品淬火与时效。在从Φ305mm锭坏→Φ30mm管材如此大的变形量下，铸锭中存在的白斑和光亮晶粒将沿着挤压方向被拉长成线状。而几次高温加热过程，势必造成基体中的合金元素向缺陷处扩散，使缺陷处的硬度和合金元素含量略有升高，但是这也改变不了白斑和光亮晶粒的组织特征，尤其对白斑缺陷来说，由于它的本质是纯铝，化合物含量少，再结晶温度低，在400℃以上的温度下，已完全再结晶并且晶粒已经长大，晶界**。白斑和光亮晶粒缺陷处的化合物**，使得缺陷处的颜色比其他正常部位的亮一些，形成所谓的“亮线”。

　　2　结论

　　7A04-T6铝合金管材表面上的“亮线”实质是白斑和光亮晶粒缺陷。

　　白斑和光亮晶粒缺陷都是铸造坯锭过程中造成的。

　　严格执行生产工艺操作规程可以杜绝此类缺陷。