鋁合金的金相分析

代可香（中國鋁業連城分公司（甘肅蘭州）730335）

鋁合金在生產過程中需要對其化學成分、尺寸精度、機械性能等進行檢驗分析，尤其對鋁合金的金相分析對提高產品質量，采取有效措施控制不合格產品出現的概率， 以及在研究新型鋁合金材料等方面具有重要意義，下面以硬鋁合金為例進行闡述。

硬鋁合金即鋁銅鎂系合金具有耐熱性能強、 強度高等優點因此被廣泛應用于建筑、造船等行業。 硬鋁合金中較為常見的有Ly11、Ly12 兩類，下面以Ly12 為重點對其金相分析進行探討。

一、鋁合金金相檢驗

1、強化效果

硬鋁合金組成成分和其機械性能有著密切的關系， 本質上分析主要由合金的強化相決定，硬鋁合金的強化相受合金中鎂、銅比值的影響， 這兩種元素的比值不同不但影響鋁合金的強化相，而且還影響鋁合金的強化效果。 當鋁合金中鎂元素的含量較少時，其形成的強化相以θ（CuAl2）為主，當鎂元素的含量增加時θ 相則相應的減少，從而形成具有一定耐熱性，強化效果更大的S（Al2CuMg）相。 如果Mg 的含量繼續增加則會形成β（Al3Mg2）和T（Al6CuMg4）相，其強化效果較差。 在鎂和銅比值一定的條件下，鋁合金中鎂、銅元素含量越高，強化相數量就越多，形成的強化效果就越大。

2、顯微組織

研究分析鋁合金組織使用的侵蝕劑是氫氟酸。 使其對Ly12進行固溶化處理，然后加自然和人工時效后，正常的顯微組織應在α 固溶液基體上均勻分布為S 相和θ 相。

在合金非平衡冷卻時會給合金的偏析帶來一定的影響，尤其對合金心部的影響較為嚴重導致其嚴重偏析， 在α 晶界位置出現一些（α+θ）、（α+S）二元共晶，有時還會出現（α+S+θ）三元共晶。 這種情況的產生并非僅僅有合金的非平衡冷卻產生，淬火冷卻速度會給合金造成相同的影響。 如果淬火冷卻的速度較低，合金的強化相就會大量析出并分布在晶界邊沿位置， 這種情況會使合金的強化效果大大降低，增大晶間腐蝕可能性。 從中能夠得出這樣的結論：如果合金的強化相出現在晶界位置處，就會導致合金的抗腐蝕性能降低，硬合金的強度也會因此受到影響。

如果想利用時效和淬火增強鋁合金的強度， 并不需要特意對其進行均勻退火處理， 因為合金淬火加熱過程中其成分就會分布均勻。 如果將鋁合金的試樣直接放在在溫度為497±3.5℃的條件下加熱20min， 對其進行水淬固溶化處理， 或者先將其在490℃溫度條件下加熱120min 均勻化退火然后再進行固溶化操作。 經觀察分析可知這些操作處理并未使鋁合金強化相的分布狀態發生改變。

根據以上的結果分析， 鋁合金的強度沒有得到顯著提升主要以下幾點原因造成：首先，對其進行均勻化退火處理時，其保溫時間不夠充足；其次，鋁合金的組織粒粗大，從而會給其成分的擴散帶來一定的影響。 經試驗證明要想細化鋁合金的晶粒，則需對其進行冷變形加工處理， 這樣以來還能促進鋁合金成分分布均勻。

3、強化相的鑒別

為了鑒別鋁合金的強化相，試驗時應對其進行染色處理。 資料顯示能夠使用磷酸水溶液對鋁合金的θ 相和S 相進行染色，主要因為鋁合金的θ 相不變色而S 相則會表現為暗棕色。 如果使用氫氟酸侵蝕劑對鋁合金的強化相進行染色， 能夠通過灰度的不同對鋁合金的強化相進行辨別。

4、過燒組織

硬鋁合金熱處理特性決定了強化相的充分固溶溫度和 （α+S+θ）三元共晶溫度之間的空隙較窄。 如果將Ly12 合金的θ 相和S 相完全溶入，則α 固溶體的溫度和三相共晶（α+S+θ）的熔點非常相近，所以說對硬鋁合金進行淬火加熱過燒的敏感性非常大。據相關資料介紹，如果鋁合金拋光狀態下，未使用試劑對其進行侵蝕操作， 當有球狀共晶相出現時則說明已達到輕微過燒或已經過熱。 如果出現了較為清晰的晶界，尤其在三個晶界交匯位置粗化且出現了呈現黑色的三角相，則說明其已經融化，達到了過燒的程度。

硬鋁合金淬火加熱操作時“過熱”主要指其在固相區保持較長時間的保溫狀態，導致鋁合金的晶粒變大。 “過燒”指加熱的溫度已使其進入固、液兩相區，此時的晶界慢慢開始熔化。 例如，在510℃左右溫度條件下保持20min 的水冷處理后的組織， 不但出現了共晶復熔球， 而且三角晶區和晶界變粗都逐漸出現。 在540℃左右溫度條件下保持20min，水冷處理后的組織，這時的晶界變得更粗， 而且三角晶區更為清晰， 該狀態下仍有共晶復熔球。

因此從這個層面上分析， 在實際的鋁合金金相檢驗中遇到硬鋁合金過熱組織出現的可能性非常小， 即較為粗大的α 相晶粒出現，不過有關標準并不將其作為是否過熱的判斷依據，除非在接近溫度或在α 相區條件下保持很長一段時間的保溫， 不過這種情況在實際的生產過程中根本不會出現。 當出現“共晶”復熔球就足以說明淬火加熱的溫度已經使其達到了固、液的狀態，真正達到了過熱的程度。

二、鋁合金金相研究處理方法

鋁合金的金相分析過程中， 通常將驗證金屬組織定性分析和組織成分含量的半定量分析作為重點，但是隨著科技的發展，采用計算機圖像處理技術， 對鋁合金進行金相分析受到人們的廣泛關注。

圖像預處理技術主要包括圖像分割和圖像濾波兩部分組成，其中濾波的主要目的在于去除檢驗的干擾因素，主要因為鋁合金的金相圖像會受到光照的不均勻等其他因素的影響， 所以對金相圖像進行濾波處理后， 就能使目標圖像和背景圖像形成強烈的對比，從而使金相圖像質量大大提高。 圖像分割的主要目的是分割目標圖像和背景以及相互連接的圖像之間進行分離。現在對鋁合金金相分析時使用最大類間方差優化算法對圖像進行分割處理，使用高斯濾波優化算法對金相圖像進行去噪處理。

三、總結

從材料學的角度考慮，對鋁合金的金相進行分析，能夠對鋁合金的性能做出合理的預測，并能評估鋁合金的組織狀態，從而準確把握和控制鋁合金進行熱處理操作過程， 以此充分發揮鋁合金的最佳性能。

[1] 谷莉. 硬鋁合金金相檢驗中常見的幾個問題[J]. 甘肅高師學報. 2005(02)

[2] 王永海. 變形鋁合金顯微組織的金相與電鏡觀察[A]. 工業鋁型材技術專集[C]. 2006