Al- 4.24Cu-1.55Mg-0.65Mn合金鑄態及均勻化退火組織研究

羅建華

(東北輕合金有限責任公司，黑龍江哈爾濱150060)

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Al- 4.24Cu-1.55Mg-0.65Mn合金鑄態及均勻化退火組織研究

羅建華

(東北輕合金有限責任公司，黑龍江哈爾濱150060)

通過低倍、高倍、掃描電鏡觀察和能譜分析方法，對一種新開發的Al-4.24Cu-1.55Mg-0.65Mn合金的鑄態組織進行了分析，利用DSC分析不同保溫時間處理后的合金均勻化效果，并對其微觀組織特征進行研究，確定了鑄錠均勻化退火溫度為495℃，保溫時間為24h。

Al-4.24Cu-1.55Mg-0.65Mn合金；組織；均勻化退火

Al-Cu-Mg-Mn合金屬2xxx系鋁合金，可進行熱處理強化，是使用較早、用途較廣的硬鋁合金，具有良好的力學性能和加工性能，可加工成板、棒、管、線、型材及鍛件等半成品，廣泛應用于國民經濟和國防建設。該系合金中銅是主要的合金元素，銅和鎂之比對合金性能影響較大。合金中含鎂量較低時，銅與鋁形成的化合物CuAl2是低強度硬鋁和中強度硬鋁中的主要強化相；提高鎂含量，特別是在高強度硬鋁中，鎂、銅、鋁互相結合形成S(CuMgA12)相，其強化效果比CuAl2更高，同時還使合金具有一定的耐熱性。合金中加入0.3%～1.0%錳，可減少鐵的有害影響，提高合金耐蝕性，細化合金晶粒，加速時效作用，延緩擠壓和固溶處理時的再結晶過程，使產品的力學性能得到提高[1]。

1 試驗方案

1．1 試驗材料

原材料使用工業高純鋁、電解Cu、純Mg及Al-10%Mn中間合金，使用一號熔劑和高純氬氣進行精練，采用半連續水冷鑄造。為了保證鑄錠成形，鑄造溫度控制在700～730℃，鑄造時在線連續加入Al-Ti-B絲，鑄造工藝參數如表1所示，具體合金成分見表2。

表1 合金熔鑄工藝參數

表2 合金成分實測值(質量分數，%)

1．2 試驗過程

在Al-Cu-Mg-Mn合金基礎上，調整Cu、Mg、Mn元素成分，控制Fe、Si雜質含量，添加Zr元素，半連續鑄造300mm×1000mm合金鑄錠。通過低倍、高倍、掃描電鏡觀察進行組織分析，并對合金鑄錠進行DSC熱差分析，初步確定鑄錠組織中低熔點相的熔化溫度，然后進行均勻化退火處理，保溫時間初步確定為1h、5h、13h、24h、48h和72h。利用DSC熱差實驗方法，分析不同保溫時間處理后的合金均勻化效果，并利用光學顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析方法分析其微觀組織特征，確定最佳均勻化處理工藝。

2 試驗結果及分析

2．1 合金鑄態組織分析

經20%NaOH水溶液浸蝕后的合金鑄錠低倍組織如圖1所示，晶粒均勻細小，反映Zr對合金有細化晶粒的作用。合金放大50倍和500倍的鑄態金相組織如圖2所示，從圖2中可看出合金除基體外，主要有兩種組織組成物(非平衡相)，塊狀淺灰色和較細的共晶產物。

圖1 合金鑄錠低倍組織照片

圖2 合金鑄態金相組織照片

合金鑄態組織的掃描電鏡照片如圖3所示，鑄態合金的掃描電鏡組織中主要有三種過剩相，條狀深灰色相、條狀淺灰色相和非平衡共晶相，深灰色相有時具有共晶形態。將合金鑄態組織掃描電鏡二次電子照片中箭頭所指的三種合金相進行能譜分析，見表3。根據能譜分析結果和相關文獻可知，合金中1點的淺灰色相為Al2Cu相，2點暗灰色相為含Fe、Mn相，3點為共晶組織Al2CuMg相。

圖3 合金鑄態組織的掃描電鏡照片Fig.3 SEM images showing microstructure of as-cast alloy

編號元素MgAlCuMnFe1元素比1.01547.2131.772--原子比1.60367.13731.260--2元素比1.49579.10712.8432.9823.573原子比1.84487.9446.8981.6281.6863元素比8.24766.72325.030--原子比10.58477.13112.285--

2．2 合金的均勻化工藝研究

對合金鑄錠進行均勻化處理，溫度495℃，保溫時間分別為5h、13h和24h，合金均勻化處理之后的DSC分析如圖4所示。根據分析結果可知，在495℃、保溫5h后，合金的DSC曲線中第一個吸熱峰消失，第二個吸熱峰減小。保溫時間延長至13h后，DSC分析曲線中的吸熱峰均消失，表明隨著保溫時間繼續增加均勻化處理的效果趨于一致。

合金鑄錠經495℃均勻化處理1h、5h、13h、24h、72h后的金相組織如圖5所示。從圖5金相組織照片

對比可看出，合金經保溫5h的均勻化后，非平衡凝固共晶體大部分消失，保溫時間延長至13h，合金中的非平衡共晶相基本消除，但仍殘留有深灰色的塊狀相和淺灰色的條狀相。隨著保溫時間繼續延長，合金中過剩相減少，當均勻化處理時間超過24h后再繼續延長保溫時間，合金中的殘留相不再有明顯變化。

圖4 均勻化處理后合金的DSC分析(495℃、不同保溫時間)Fig.4 DSC curves of alloy after homogenization treatment (at 495℃, with different holding time)

a)1h; b)5h; c)3h; d)24h; e)72h圖5 均勻化處理后合金的金相照片(495℃、不同保溫時間)Fig.5 Metallographs of alloy after homogenization treatment(at 495℃, with different holding time)

將合金鑄錠試樣經495℃均勻化處理13h后的掃描電鏡照片如圖6所示，其中箭頭所指的相能譜分析結果見表4，根據能譜分析結果和相關文獻可知，1點的暗灰色相為Fe、Mn、Si相，2點亮灰色相為Fe、Mn、Cu相。

圖6 合金的掃描電鏡照片(495℃×13h均勻化處理)Fig.6 SEM images showing microstructure of alloy (by homogenizing with 495℃×13h )

編號元素AlSiMnFeCu1元素比56.564.259.4019.5910.20原子比71.555.165.8411.975.482元素比50.50-2.2312.8634.42原子比69.73-1.518.5820.18

從鑄錠均勻化處理研究可以得出，試驗合金主要含有兩個低熔點化合物，其相轉變溫度分別約為504℃和510℃；結合過燒溫度和實際生產條件，初步

確定鑄錠均勻化退火溫度為495℃，保溫時間為24h。經此制度均火處理后，合金中的非平衡共晶相消除較理想，達到了均勻化處理的目的。

3 結論

(1) 通過對Al- 4．24Cu-1．55Mg-0．65Mn合金鑄態組織觀察和能譜分析，確定鑄態合金的組織中主要有三種過剩相，條狀深灰色相、條狀淺灰色相和非平衡共晶相，深灰色相有時具有共晶形態，條狀淺灰色相為Al2Cu相，條狀深灰色相為含Fe、Mn相，非平衡共晶相為Al2CuMg相；

(2) Al- 4．24Cu-1．55Mg-0．65Mn合金鑄錠的均勻化退火制度為，均勻化退火溫度495℃，保溫時間24h。通過對均勻化退火后合金的金相組織觀察和掃描電鏡分析，可知隨著均勻化退火保溫時間的延長，合金中的過剩相會減少，但當減少至一定程度后，即使繼續增加保溫時間，合金中的過剩相也不會產生明顯變化。

[1] 李學朝.鋁合金材料組織與金相圖譜[M]． 北京：冶金工業出版社，2010.

勘誤聲明

由于我們校對上的疏忽，將本刊2015年年第一期書脊處“2015年2月”誤刊為“2015年1月”；2015年第二期目次表中“廣告索引(48)”誤刊為“廣告索引(47)”；2015年第二期正文48頁“《有色金屬加工》2015年第2期廣告索引”誤刊為“《有色金屬加工》2015年第1期廣告索引”，特此聲明更正。

《有色金屬加工》編輯部

Study of Microstructure of As-cast and Homogenized Al- 4．24Cu -1．55Mg- 0．65Mn Alloy

LUO Jianhua

(Northeast Light Alloy Co．, Ltd．, Harbin 150060, China)

The paper studied as-cast microstructure of newly developed Al-4．24Cu-1．55Mg-0．65Mn alloy using low and high power microscopes, SEM and EDS; it analyzed the effects of homogenization on the alloy with different holding time by DSC and it studied microstructure characteristics; The result showed that keeping annealing temperature at 495℃ and holding time for 24h were ideal for ingot homogenizing．

Al-4．24Cu-1．55Mg-0．65Mn alloy; microstructure; homogenizing annealing

2015-01-09

羅建華(1982-)，男，工程師。

TG146.21

A

1671-6795(2015)03-0021-04