■ 徐宋娟，張 凈

2A14（LD10）鋁合金屬Al－Cu－Mg系鋁合金，具有高的機(jī)械強(qiáng)度和好的耐熱性，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，其加工性能良好，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域重要結(jié)構(gòu)件。箱底瓜瓣在拉伸成形后進(jìn)行化銑加工后發(fā)現(xiàn)，瓜瓣表面存在一扇形區(qū)域較粗糙，呈橘皮狀，明顯區(qū)別于周圍平滑部位。瓜瓣加工工藝：下料→檢驗(yàn)→預(yù)拉伸→淬火→拉伸成形→去余量→檢驗(yàn)→人工時(shí)效→修整型面→化銑→檢驗(yàn)交付。

1.試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果

（1）低倍檢查 分別從瓜瓣粗糙部位和平滑部位取樣進(jìn)行低倍檢查，腐蝕后發(fā)現(xiàn)粗糙部位晶粒明顯粗大（見(jiàn)圖1），平滑部位晶粒細(xì)?。ㄒ?jiàn)圖2）。根據(jù)GB/T3246.2—2012鋁合金低倍評(píng)級(jí)圖進(jìn)行評(píng)級(jí)，粗糙區(qū)晶粒度為7級(jí)（晶粒平均面積36mm2），平滑區(qū)晶粒度為3級(jí)（晶粒平均面積1.2mm2）。

圖1 粗糙區(qū)腐蝕后的粗大晶粒

圖2 平滑區(qū)腐蝕后的較細(xì)晶粒

（2）金相檢驗(yàn) 分別截取平滑部位和化銑后粗糙部位橫截面進(jìn)行鑲嵌試樣，磨拋腐蝕后發(fā)現(xiàn)，粗糙部位板材晶粒粗，另一面（涂膠保護(hù)）晶粒較細(xì)的（見(jiàn)圖3）；平滑處整個(gè)截面晶粒均細(xì)小，如圖4所示。板材整個(gè)截面組織正常，均為α（Al）+強(qiáng)化相Al2Cu、Mg2Si，未見(jiàn)過(guò)燒、過(guò)熱現(xiàn)象。

圖3 粗糙部位顯微組織

圖4 平滑部位顯微組織

（3）電鏡觀察及能譜分析將瓜瓣粗糙部位及平滑部位置于電鏡下觀察，形貌如圖5所示。

圖5

分別對(duì)兩區(qū)域進(jìn)行能譜成分分析，結(jié)果顯示兩部位成分無(wú)明顯差異，主要元素符合2A14材料標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.分析討論

瓜瓣化銑工藝是利用強(qiáng)腐蝕溶液，借助有效的保護(hù)措施（刷涂化銑保護(hù)膠），將成形（如軋制、沖壓、擠壓等）后的不需要的部分去除，從而獲得零件所需尺寸和形狀，是一種特種加工工藝。鋁合金的化銑過(guò)程實(shí)質(zhì)是鋁在堿性溶液中的一個(gè)化學(xué)溶解過(guò)程，其化學(xué)反應(yīng)式為：

2Al+2NaOH +2H2O=2NaAlO2+3H2↑

當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在鋁基體表面均勻進(jìn)行時(shí)，化銑后表面平滑連續(xù)；當(dāng)反應(yīng)在金屬表面有選擇或有順序進(jìn)行時(shí)，則化銑后表面表現(xiàn)為凹凸不平，較粗糙。

化銑后瓜瓣表面粗糙可能與其熱處理狀態(tài)、晶粒度、變形量等有密切的關(guān)系。

從金相檢查結(jié)果來(lái)看，板材的組織是正常的，無(wú)過(guò)熱、過(guò)燒現(xiàn)象，說(shuō)明淬火工藝正常；由于為同一塊瓜瓣，也排除熱處理狀態(tài)及晶粒度對(duì)瓜瓣化銑后面粗糙的影響。

化銑后瓜瓣粗糙區(qū)有規(guī)律的分布在瓜瓣最大變形區(qū)，說(shuō)明與變形有關(guān)。在熱處理過(guò)程中，材料由某一變形程度開始發(fā)生再結(jié)晶并且得到粗大晶粒，這一變形程度稱為臨界變形程度。當(dāng)零件變形量小于臨界變形程度時(shí)，退火（淬火）時(shí)只發(fā)生多邊化過(guò)程，原始晶界只需作短距離遷移就足以消除應(yīng)變的不均勻性。當(dāng)變形程度達(dá)到臨界變形程度時(shí)，個(gè)別部位變形不均勻性很大，其驅(qū)動(dòng)力足以引起晶界大規(guī)模移動(dòng)而發(fā)生再結(jié)晶，此時(shí)形核率低，因而得到粗大晶粒。此后，在變形程度增大時(shí)，形核率不斷提高，再結(jié)晶晶粒不斷細(xì)化。有關(guān)文獻(xiàn)介紹，2A14（LD10）合金的臨界變形量為7.5%。在臨界變形區(qū)內(nèi)的合金淬火加熱時(shí)，晶粒會(huì)急驟長(zhǎng)大。由工藝流程可知，瓜瓣淬火前進(jìn)行預(yù)拉伸成形，此變形量與原材料板材殘余變形量相疊加正好處于臨界變形程度范圍內(nèi)，淬火—人工時(shí)效后發(fā)生了晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，產(chǎn)生了再結(jié)晶粗大晶粒，再繼續(xù)拉伸，就形成了瓜瓣的“橘皮”狀表面，即化銑后瓜瓣表面較粗糙；在拉伸過(guò)程中板材不同部位的變形程度不一，當(dāng)變形量尚未達(dá)到此范圍之前或超過(guò)此范圍之后，晶粒并不長(zhǎng)大，化銑后粗糙度又無(wú)顯著變化，因此化銑表面粗糙與其變形量的大小有直接的關(guān)系。

3.結(jié)語(yǔ)

零件化銑后表面粗糙與淬火預(yù)拉伸變形有關(guān)，其變形量與原材料板材殘余變形量相疊加正好處于臨界變形程度范圍內(nèi)，淬火—人工時(shí)效后發(fā)生晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，故引起化銑后瓜瓣表面粗糙。