5083鋁合金板材表面裂紋缺陷分析

王海彬

(東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150060)

5083鋁合金板材表面裂紋缺陷分析

王海彬

(東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150060)

用金相顯微組織分析、掃描電鏡及能譜分析等方法，對5083鋁合金板材表面裂紋缺陷進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明，該板材組織存在的大塊AlFeMnSi四元相是產(chǎn)生裂紋的主要原因，控制鑄態(tài)初生相的尺寸、合理控制熱軋軋制加熱制度可有效控制此類缺陷的產(chǎn)生。

5083鋁合金；AlFeMnSi相；表面裂紋缺陷

0 前言

作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，鋁合金以其獨特的性能越來越受到各領(lǐng)域的青睞。5×××系鋁合金具有中等強度并具有優(yōu)秀的防腐蝕性能。其中，5083合金作為5×××鋁合金的典型牌號產(chǎn)品被廣泛用于軌道交通、壓力容器、模具制造等行業(yè)中。例如LNG船用5083罐體[1]、地鐵用5083型材等。本文中所講述的5083合金板材，主要是壓力容器用的罐體材料，結(jié)合使用特點，對板材表面質(zhì)量要求較高。生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了一些外觀質(zhì)量缺陷，本文主要針對外觀質(zhì)量缺陷形貌特征、產(chǎn)生的機(jī)理以及后續(xù)的預(yù)防措施等方面進(jìn)行簡要介紹和討論。

1 試驗方案

5083鋁合金板材的生產(chǎn)工藝：半連續(xù)鑄造成分合格的鑄錠（規(guī)格：520mm×2120mm×2300mm）→均勻化→銑面→加熱→熱軋→鋸切成品→驗收→包裝。

在帶有表面裂紋缺陷的部分板材上，切取有缺陷的部位進(jìn)行低倍、高倍組織觀察及掃描能譜分析。

2 試驗過程及結(jié)果分析

2.1 宏觀組織分析

5083鋁合金板材的單面存在表面裂紋缺陷，其典型形態(tài)見圖1。

圖1 5083板材表面裂紋缺陷宏觀照片

從圖1可以看出，板材表面的缺陷呈條帶狀，條帶狀缺陷的方向與板材的軋制方向一致，該缺陷經(jīng)NaOH水溶液浸蝕后更為明顯，見圖2。

圖2 經(jīng)NaOH水溶液浸蝕后的表面裂紋缺陷

2.2 缺陷顯微組織觀察

圖3為任意選取的板材表面缺陷裂紋部位不同放大倍數(shù)的晶粒覆膜照片。

圖3 板材表面缺陷裂紋部位的晶粒覆膜照片

由圖3可見，在主裂紋附近存在很多細(xì)小的微裂紋，這些裂紋主要沿晶界擴(kuò)展，并沿軋制方向拉長，未發(fā)現(xiàn)穿晶裂紋。因此，可以判斷，該缺陷主要由主裂紋和微裂紋組成，該板材缺陷起源于晶界并沿晶粒走向擴(kuò)展。

2.3 掃描能譜分析

對板材有表面缺陷的部位存在的主要結(jié)晶相進(jìn)行了能譜分析，見圖4。

圖4 表面缺陷的部位主要結(jié)晶相的能譜分析

從圖4可知，大塊的灰白色相為AlFeMnSi四元相。可以看到，在板材表面缺陷主開裂區(qū)域附

近，即微裂紋處（圖4（a）箭頭處），存在的大量的尺寸較大的AlFeMnSi四元結(jié)晶相，而這些裂紋主要沿著晶界中殘留的這種的AlFeMnSi四元結(jié)晶相擴(kuò)展并延伸。

因此，分析認(rèn)為，該大塊殘留相是導(dǎo)致板材表面產(chǎn)生缺陷的主要原因。在板材加熱或軋制過程中，該大塊相發(fā)生重熔或破碎而導(dǎo)致基體出現(xiàn)微裂紋或分層。

裂紋內(nèi)部存在的相的能譜分析見圖5。

圖5 裂紋內(nèi)部存在的相的能譜分析

從圖5的能譜分析結(jié)果，可以看到，裂紋內(nèi)部主要是大量的鹽類化合物，此類化合物可能是由于軋制過程中鹽類、乳液等污染物被鑲嵌入缺陷內(nèi)部造成的，也可能是在制樣過程中磨料被鑲嵌進(jìn)入裂紋內(nèi)部造成的，而非造成板材裂紋的原因。

3 結(jié)束語

綜上所述，本批5083鋁合金板材表面缺陷的形成原因為：

組織中存在的大量的大塊AlFeMnSi四元相，在軋制加熱或軋制過程中，發(fā)生重熔或破碎導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

可采取以下解決辦法：（1）嚴(yán)格控制熔煉溫度、鑄造溫度以及合金元素的添加方式，細(xì)化生產(chǎn)工序要求，控制5083合金鑄造過程中產(chǎn)生粗大塊狀相；（2）嚴(yán)格控制鑄錠軋前加熱溫度及軋制溫度，避免殘存大塊相重熔。

[1] 丁文斌，劉維，張姝妍. LNG儲罐專用5083鋁合金焊接工藝試驗研究[J]. 中國造船，2009，5（11）：550-559

（編輯：余東梅）

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WANG Hai-bin
(Northeast Light Alloy Co.,Ltd.,Harbin 150060,China)

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5083 aluminum alloy; AlFeMnSi phase; surface crack defect

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B

1005-4898（2016）03-0014-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2016.03.03

王海彬（1981-），男，內(nèi)蒙古滿洲里人，工程師。

2016-01-20