2024合金中均匀化及过烧组织研究检测方案(金相显微镜)

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2024合金均匀化处理及过烧特征研究 王彦俊，，孙巍，，石玲，李延军，刘兆伟，曹振华(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳111003) 摘要：本文采用 AXIO ZIESS 显微镜对均匀化处理的2024铝合金进行显微组织分析，研究2024铝合金相的组成及过烧组织特征，以防止2024合金在均匀化处理过程中温度过高而产生过烧，同时为生产提供参考依据。结果表明：2024铝合金采用490℃保温8h效果最佳，过烧温度为505℃。 关键词：2024铝合金；均匀化处理；过烧特征；显微组织 中图分类号：TG166.3 文献标识码： A 文章编号： Homogenization treatment and oversintering organization characterof 2024 aluminum allov Wang Yan-jun， Sun Wei， Li Peng-wei， Li Yan-jun， Liu Zhao-wei， Cao Zhen-hua(Liaoning Zhongwang Group Co.，Ltd.，Liaoyang Liaoning 111003，China) Abstract： The microstructure of 2024 alloy after homogenization treatment was analyzied to study its composition ofphase and the characteristics of over-burning by means of AXIO ZIESS microscope in this paper， in order to preventthe temperature of 2024 alloy too high to overburn， it also could offer reference for produce. The results showed thatthe 2024 alloy has the best effect after homogenizing at 490℃ for 8h，and its over-burning temperature is 505℃.Key words：2024 aluminum alloy； Homogenizing treatment；Oversintering character； Microstructure 前言 2024铝合金是高强硬铝合金，由于强度高、比重低、耐热性好等优点，主要作用飞机蒙皮、骨架、肋梁、隔框及卫星等航天器上，要求承受高循环载荷的结构件，已成为航空工业中使用最为广泛的铝合金材料之一。 大量研究表明I1-3]，合金在凝固时都存在枝晶偏析，在晶界和晶内各组元分布不均匀，必须通过均匀化处理消除或降低铸锭晶体内化学成分和组织的不均匀性，均匀化处理可促进合金中低熔点可溶解共晶相完全或接近完全溶解，减少第二相的体积百分数，使合金化学成分接近于平衡状态，但均匀化处理温度过高合金就会产生过烧，众所周知铝合金一旦发生过烧 2试验结果与分析 2.1 DSC分析 采用 HCR-1/2 差热分析仪对铸态2024合金进行 DSC分析，其结果如图1所示，在500℃~505℃之间出现吸热峰，由此分析合金在505℃发生了相变，低熔点共晶产物开始融化，出现过烧，因此根据该数据分析，制定均匀化制度如表1。 ( 收稿日期：2012-05-27 ) ( 第一作者简介：王彦俊(1984.01-23)，男，辽宁辽阳人，工程师，本科； ) 必须整体报废进行重熔处理，这样造成巨大经济损失，因此我们有必要对其过烧组织特征进行研究。 1试验材料和方法 试验采用半连续铸造2024铸棒，规格规446mm，其化学成分(质量分数%)：0.19Si，1.5Mg， 0.15Fe， 4.5Cu，0.55Mn， 0.00Cr， 0.02Ti， 0.03Zn， 余量为 Al。 采用 HCR-1/2 差热分析仪进行辅助分析，均匀化处理采用 RX4-60-8型箱式电阻炉，金相腐蚀剂采用低浓度混合酸，即体积比 HF：HCl：HNO3：H20=2：3：5：190，金相显微组织采用 AXIO ZIESS 显微镜观察；；试验工艺制度如表1。 图12024合金 DSC分析 Fig1 The DSC analysis of 2024 aluminium alloy Tab. 1 homogenizing treatment of 2024 aluminum alloy 试样编号 温度 时间 1# 2# 490℃ 8h 505℃ 8h 4# 520℃ 8h 5# 535℃ 8h 2024 的合金组织主要为α-Al基体、第二析出强化相(CuAlz)和难溶相。通过试验可知，如图2、3可见2024合金未经过均匀化处理的显微组织存在大量枝晶偏析，在晶界和晶内各组元分布不均匀，合金中低熔点可溶解共晶相聚集在晶界附近，由图4可知， 图2未均匀化处理里 500X Fig 2 non-homogenization treatment 500X 图4 490℃均匀化处理 500X Fig 4 homogenization treatment 490℃500X 图5、6、7可知，分别采用505℃、520℃、535℃均匀化处理保温 8h 显微组织，根据国家标准2，进行过烧组织判定，由图5可见，经过505℃保温8h 均匀化处理枝晶偏析基本消除，基体均匀分布细小弥散相，但在三个晶粒交界处出现复熔三角形，为过烧组织特征之一，结晶相以及大块低熔点共晶产物向晶界处聚 2024合金经过490℃均匀化处理 8h的显微组织，其枝晶网基本熔于基体中，析出细小且均匀弥散相，但基体中仍保留有大块结晶相0 (AlzCu)、S(AlzCuMg)、Al-Cu2Fe； 图3未均匀化处理 1000X Fig 3 non- homogenization treatment 1000X 图5 505℃均匀化处理 500X Fig 5homogenization treatment 505℃ 500X 集并长大，由此断定该组织为轻微过烧。由图6可见，基体弥散相分布更加均匀，晶界开始复熔加宽，在晶内出现复熔共晶球；从图7我们可以看出，由于均匀化处理温度过高，导致基体组织偏析，析出弥散相分布不均匀，晶内出现复熔共晶球，晶界复熔加宽，在三个晶粒交接处出现复熔三角形，由此判断符合国家 标准过烧组织特征，为严重过烧。 图6 520℃均匀化处理 500X 图7 535℃均匀化处理 500X Fig 6 homogenization treatment 520℃500X Fig 7 homogenization treatment 535℃ 500X 3结论 (1)2024铝合金经过490℃均匀化处理效果最理想。 (2)2024合金过烧温度为505℃，过烧组织特征为晶 界局部复熔加宽，出现复熔共晶球，在三个晶粒交界处形成复熔三角形。 ( 参考文献： ) ( [1]王祝堂， 田 荣璋.铝合金及其加工手册[M].长沙：中南大学出版社，2000：64-67. ) ( [2] GB/T3246.1 - 2000，变形铝及铝合金制品组织检验方法[S] ) ( [3]刘成，罗兵辉，王聪等.2024铝合金的均匀化热处理研究[M].长沙：中南大学出版社，2010，195(4)，64-67. ) 本文采用 AXIO ZIESS 显微镜对均匀化处理的 2024 铝合金进行显微组织分析，研究 2024 铝合金相的组成及过烧组织特征，以防止 2024 合金在均匀化处理过程中温度过高而产生过烧，同时为生产提供参考依据。结果表明：2024 铝合金采用490℃保温 8h效果最佳，过烧温度为505℃。