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)生的機理以及后續(xù)的預(yù)防措施等方面進行簡要介紹和討論。

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?？梢钥吹?，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）

石墨烯復(fù)合材料在鋁合金腐蝕防護領(lǐng)域取得階段性成果

近日，由園區(qū)企業(yè)中航天建設(shè)工程有限公司承擔(dān)的區(qū)科三費項目“一種基于GO/PANI/TiO2水性納米涂層的防腐工藝在鋁合金腐蝕防護中的應(yīng)用研究”順利通過結(jié)題驗收。該項目通過氧化石墨烯參與自制水溶性納米涂層材料與稀土鈍化與的復(fù)配，對鋁合金腐蝕防護有著較為明顯的提升效果。其中，石墨烯緩解了有機物排放對環(huán)境的污染，提高了涂層自身耐環(huán)境老化性能，稀土替代了有毒六價鉻，優(yōu)化了表面處理技術(shù)。

金屬所研制出可在純水中溶解的鋁合金材料

中科院金屬所利用已有的鋁水反應(yīng)研究基礎(chǔ)，研發(fā)出在純水中即可溶解的可溶鋁合金材料，并且可調(diào)控該合金與水反應(yīng)的起始溫度和在水中的溶解速率。所研發(fā)合金的強度達(dá)350MPa以上，維氏硬度接近150，抗壓強度滿足水力壓裂要求。可溶合金的鋁水起始反應(yīng)溫度從室溫至85℃范圍內(nèi)可調(diào)，合金的溶解速率亦可根據(jù)不同工況調(diào)整。此外，該合金可采用傳統(tǒng)工藝冶煉和鑄造成型，成本低，易達(dá)高產(chǎn)能，適合大規(guī)模應(yīng)用和推廣。

7075型合金橫空出世 化解iphone 6S困境

為了解決上一代iphone 6 plus手機機身抗彎性能不高問題，鋁工業(yè)建議蘋果公司采用航空航天工業(yè)用的超強度鋁合金7075板材加工機身，全新的iphone 6S與iphone 6S plus都全部改用美國鋁業(yè)公司生產(chǎn)的7075合金板材制造，取得了預(yù)期的良好效果，抗彎能力大大提高。

鋁電解槽廢熱回收利用新技術(shù)

挪威GOODTECH下屬的能源回收技術(shù)公司近期開發(fā)了獨特的電解槽主動冷卻和熱回收技術(shù)，已經(jīng)在鋁廠實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，并開始廣泛的技術(shù)設(shè)備推廣。該技術(shù)以熱管技術(shù)為基礎(chǔ)，以油為導(dǎo)熱介質(zhì)，其導(dǎo)熱性能是銅的1000倍，而且不存在熱應(yīng)力。該工藝通過兩級系統(tǒng)對電解槽的廢熱進行回收。第一級是對電解槽頂部的廢氣進行冷卻，對熱量進行回收。這樣能降低廢氣溫度，提高除塵袋壽命，降低風(fēng)機負(fù)載；第二級是對電解槽側(cè)壁的冷卻和熱量回收。

叢林與北京住總集團或?qū)㈤_展項目合作

叢林集團與北京住總鋼結(jié)構(gòu)公司、北京市住宅建筑設(shè)計研究所等在戰(zhàn)略發(fā)展上達(dá)成很多共識，共同開展鋁合金建筑模板和鋁合金結(jié)構(gòu)工程的推廣和應(yīng)用業(yè)務(wù)，實現(xiàn)強強聯(lián)合，優(yōu)勢互補，共同發(fā)展。

Analysis on Crack Defect for 5083 Aluminum Alloy Plate Surface

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

Crack defect for 5083 aluminum alloy plate surface was analyzed by aid of methods of metallaographical microstructure analysis, scanning electron microscope and energy spectrum analysis. The results show that bulk AlFeMnSi quaternary phase existed in plate microstructure are the main defect factors. Controlling size of primary phase and heating system of hot rolling can control the defects.

5083 aluminum alloy; AlFeMnSi phase; surface crack defect

TG146.21，TG339

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