7A04預拉伸厚板暗灰色條紋的分析

王美琪，梁曉寧，李曉波

(東北輕合金有限公司，哈爾濱150060)

7A04 45mm預拉伸厚板在常規生產檢驗中發現一種現象:無論低倍試樣的各個可見面上，在板材邊部與中心之間都存在著幾條近似相互平行、顏色比板材其它部位略深的暗灰色條紋，其貫穿于整個試樣。此現象在之前的組織檢驗中從沒有出現過，暗灰色條紋的性質、產生原因，是否判斷為缺陷，對產品性能的影響，出現后如何處理都是需要研究解決的問題。本試驗的目的就是通過對7A04 45mm預拉伸厚板存在暗灰色條紋部位進行一系列試驗，以確定暗灰色條紋的性質和產生原因、確定暗灰色條紋對性能的影響程度，并提出對暗灰色條紋的處理建議。

1 試驗方案

1.1 試驗用料

選擇帶有暗灰色條紋的7A04 45mm預拉伸厚板作為試驗用料。

1.2 試驗內容

1.2.1 宏觀組織觀察

通過低倍組織觀察暗灰色條紋的分布部位和形貌特征。

通過斷口組織檢查灰色條紋處的金屬與正常部位的金屬是否存在差異。

1.2.2 顯微組織觀察

采用金相顯微鏡對存在暗灰色條紋部位及其周圍的顯微組織進行觀察，確定暗灰色條紋的顯微組織特征，尤其是觀察暗灰色條紋內部及其與正常部位的連接處的金屬連續處。

1.2.3 機械性能測定

對灰色條紋處和正常部位機械性能進行對比試樣，根據性能結果確定暗灰色條紋對性能的影響程度。

1.2.4 陽極氧化試驗

對存在暗灰色條紋的試樣進行陽極氧化處理，觀察經過陽極化處理后暗灰色條紋處和正常部位表面顏色的差異程度。

2 試驗觀察與結果

2.1 宏觀組織觀察

2.1.1 低倍組織觀察

存在暗灰色條紋的7A04 45mm預拉伸板經NaOH水溶液浸蝕后的低倍試樣組織如圖1所示。

圖1 7A04預拉伸厚板暗灰色條紋試樣的低倍組織

從圖1中可以看出，7A04預拉伸厚板上的暗灰色條紋位于板材邊部與中心之間的部位，是由幾條近似平行的暗灰色條紋組成與基體明暗相間的條紋帶，并且條紋帶分別位于板材中心的兩側，具有一定的對稱性。無論是在板材暗灰色條紋區域還是其他部位均未發現非金屬夾雜、初晶偏析和裂紋等缺陷。

2.1.2 斷口組織觀察

將7A04預拉伸厚板存在暗灰色條紋的低倍試樣沿板材縱向橫截面方向劈斷，圖2為劈斷后的斷口組織。

圖2 7A04預拉伸厚板暗灰色條紋試樣的斷口組織

從圖2中可以看出，在兩個相互匹配的斷口上，顏色一致，組織致密，存在著許多長度不超過3mm略微突出于周圍組織的小薄片，其中暗灰色條紋帶的區域內的小薄片數量比其他部位相對多一些，并且無論是板材暗灰色條紋區域還是其他部位均未發現氧化膜等缺陷。

2.2 顯微組織觀察

圖3為7A04預拉伸厚板暗灰色條紋帶放大50倍時的顯微組織，圖4為暗灰色條紋處與正常部位放大100倍時的顯微組織。

圖3 7A04預拉伸厚板暗灰色條紋處的顯微組織×50

從圖3中可以看出，無論是未浸蝕的試樣還是已浸蝕的試樣都顯現出暗灰色條紋實質上就是該處的化合物相對于它部位的化合物多，形成了一段近似平行于板材表面的化合物帶，且化合物帶之間相隔一段距離，這就與低倍組織觀察到的“明暗相間的條紋帶”相吻合。從圖4中可以看出，暗灰色條紋處的化合物尺寸與正常部位的化合物尺寸沒有區別，晶粒的大小與形狀也沒有區別。值得指出的是暗灰色條紋內部及其暗灰色條紋與正常部位相接處的金屬都具有完好的連續性。

圖4 7A04預拉伸厚板暗灰色條紋處與正常部位的橫向顯微組織(已浸蝕)×100

2.3 機械性能測定

由于暗灰色條紋帶的寬帶較窄，我們只能通過測定暗灰色條紋處和正常部位的硬度值來間接考查暗灰色條紋對性能的影響程度。表1是壓球直徑為10mm、載荷為1500kN時的硬度值。

表1 7A04預拉伸厚板暗灰色條紋處與正常部位的硬度值

從表1可以看出，7A04預拉伸厚板暗灰色條紋處的硬度值與正常部位的硬度值之間差距極小，其各個位置的硬度值符合板材橫截面上硬度的分布規律，與其他批次7A04板材的硬度值沒有明顯的差別。

2.4 陽極氧化試驗

7A04預拉伸厚板經過陽極氧化處理后的組織特征見圖5所示。

從圖7中可以看出，經過陽極氧化處理后，7A04預拉伸厚板存在的與基體明暗相間的暗灰色條紋帶更加清晰可辨，說明陽極氧化不能掩蓋暗灰色條紋，只會更加突出它的組織特征。

3 分析與討論

從上述的試驗與觀察結果可以看出，7A04 45mm預拉伸厚板所存在的暗灰色條紋是由于該處的化合物數量較其它部位多，從而在低倍浸蝕后呈現出較深的顏色。

圖5 7A04預拉伸厚板暗灰色條紋處陽極氧化后的組織形貌

眾所周知，鋁合金板材是由方鑄錠軋制而成，而鑄錠的結晶是在晶核的基礎上以樹枝狀晶方式生長起來的。結晶時，先在晶核上生長出相互垂直一次晶軸，然后在一次晶軸上依次生長出相互平行的二、三晶軸。在結晶的過程中，晶體的樹枝狀骨架所占據的空間逐漸擴張，直到兩相鄰晶體的樹枝狀骨架相碰后，骨架才停止擴張。在骨架擴張的同時和擴張之后，一方面在骨架中不斷長出多次晶軸，另一方面，各晶軸也逐漸加粗，直至兩相鄰晶軸相遇為止，之間的空隙就由最后結晶的低熔點共晶相來充填。這些共晶組織分布在樹枝狀晶體的枝杈和晶粒的邊界上，由于它們往往是以離異共晶形式存在，共晶中的α(Al)與α(Al)基體連接起來，使得組成共晶的化合物被孤立的顯現出來，在金相觀察下形成網格是α(Al)，網絡是由共晶組成的“枝晶網狀組織”，也就是說鋁合金鑄錠是由α(Al)基體和化合物組成。在熱軋過程中，金屬沿變形方向流動，經過均勻化熱處理后殘存的枝晶網絡處的化合物破碎、并隨著變形方向平展伸長，成行的排列起來，變形量越大成行排列的趨勢越明顯，形成相互平行的化合物條帶。

7A04 45mm預拉伸厚板的生產工藝流程為:鑄錠——均勻化熱處理——加熱——熱軋——切邊、拉伸——輥底爐淬火——拉伸——人工時效——取樣——包裝。

根據生產工藝流程并結合暗灰色條紋的顯微組織特征分析，導致化合物數量多的因素是鑄錠的原始組織遺傳和板材熱軋過程中的不均勻變形。我們知道在實際生產過程中，鑄錠的結晶是將鋁熔體直接注入外壁用水冷卻的結晶器中，鋁液受到結晶器外壁的冷卻作用而進行凝固而形成一層堅固的外殼，在隨后脫離結晶器后，立刻受到結晶器下緣強烈的冷卻水作用，從而使得金屬的結晶是由外向內逐層向中心擴展，直至實現完全結晶的全過程。并且鑄錠的逐層結晶這種方式在供流方式、冷卻速度、鑄造工藝不穩定時就容易造成枝晶間距大小和枝晶網絡厚薄不均的現象，從而引起不同層面化合物多少的區別。而在熱軋過程中，除了中性面和剛端區外，沿著板錠高向的各層金屬流動速度是不一樣的，因而必然引起變形的不均勻性，從而導致板材在高度方向上化合物的破碎程度不一樣。在隨后的固溶熱處理過程中，細而小的化合物較之粗大的化合物更容易固溶入基體中，造成變形量大的部位化合物比較少、而變形量小的部位化合物比較多的現象。通過上面的組織觀察，7A04 45mm預拉伸厚板存在暗灰色條紋應該是鑄錠的原始組織遺傳，這是因為如果是鑄錠組織均勻，而是板材軋制工藝不當造成的，那么存在暗灰色條紋的部位應該是變形量相對較小，這樣此出化合物的破碎程度就小，固溶熱處理后固溶到α(Al)基體中的合金元素含量隨之減少，對于7A04這種主要通過時效強化的合金，相當于降低了合金元素的過飽和度，勢必減低合金強度，但是如此與試驗結果相餑。反之則成立。

4 結論

(1)7A04 45mm預拉伸厚板暗灰色條紋的實質就是該處的化合物數量多于其它部位化合物的數量。

(2)暗灰色條紋的存在對7A04 45mm預拉伸厚板的機械性能沒有影響，但是影響板材加工件的外觀質量。

(3)暗灰色條紋是由于7A04鑄錠組織存在不均勻性造成的。