一种铝合金圆铸锭均匀化效果的快速检测方法与流程

本发明涉及一种铝合金圆铸锭均匀化效果的快速检测方法，属于有色金属热处理工艺技术领域。

背景技术：

随着铝及铝合金技术的不断发展，铝材已广泛应用于轨道交通、航空航天、建筑装饰及机械电子等行业，且对铝及铝合金的综合性能要求越来越高。目前，6XXX及7XXX系等变形铝合金在轨道交通中应用较多，如6A01、6005A、7B05等，这几种合金通常是采用半连续铸造方法铸造，由于冷却速度快，结晶在非平衡状态下进行，引起严重的晶内偏析，导致铸锭中产生组织和成分上的不均匀性，且铸造时的快速冷却可引起较大的残余应力，影响后续生产过程，需对铸锭进行均匀化处理。

铝合金铸锭的均匀化处理是变形铝合金生产的第一道热处理工序。均匀化处理工艺可使非平衡组织溶解，枝晶偏析消除，且过饱和固溶元素从固溶体中析出，使铸锭组织均匀，以达到消除铸造应力，提高铸锭塑性，减小变形抗力的目的。铸锭均匀化处理效果的好坏，会直接影响材料的加工性能及后续的使用性能，经过均匀化处理的铸锭不仅容易进行挤压等生产，且表面质量和综合性能等均优于未经过均匀化的铸锭。

目前国内在铝合金均匀化效果的评价方面的研究较少，仅在YS/T67-2012《变形铝及铝合金圆铸锭》中规定“经过均匀化处理的圆铸锭显微组织不允许有过烧”，只能凭经验定性判断其均匀化效果，而并没有提供一套完整的定量评价均匀效果的检测方法。鉴于此，有必要开发一种简便可行且能定量分析的均匀化效果的检测方法。

技术实现要素：

本发明的目的，是解决现有技术的不足，提供一种铝合金圆铸锭均匀化效果的快速检测方法。本发明的检测方法简便可行，且能对铝合金圆铸锭均匀化效果进行定量分析。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种铝合金圆铸锭均匀化效果的快速检测方法，包括如下步骤：

(1)取均匀化处理后的铝合金圆铸锭，将头尾切片，对试片测量面进行精铣、擦拭，得到铣好的切片；

(2)在步骤(1)得到的铣好的切片上，以圆心为中心，画两条相互垂直的直线，分别在中心处、1/2半径及靠近边缘处的边部，各进行4次硬度检测，并分别取平均值，获得中心处、1/2半径及边部三个位置的硬度值；

(3)比较步骤(2)所得中心处、1/2半径及边部的硬度值，当1/2半径处的硬度值≤标准值且边部和中心处的硬度值相对上述1/2半径处的硬度值的偏差在±3HB范围内，即可评价所述铝合金铸锭的均匀化效果。

其中，步骤(1)对试片测量面进行精铣操作，可以保证切片表面粗糙度；试片表面进行擦拭操作，减少表面油污对测量造成的偏差。

本发明的检测方法，简便可行，且能对铝合金圆铸锭均匀化效果进行定量分析。以6A01为例，随着均匀化的进行，合金中存在的铸造应力逐渐消失，合金元素的浓度差逐渐变小，Mg₂Si相的溶解达到平衡，合金的硬度也开始保持在最低值基本不变，均匀化基本完成，故可通过检测铸锭均匀化后硬度值来定量评价均匀化程度。且本发明的方法进行硬度检测，耗时短成本低，无需取金相或扫描试样，简化了检测工序，节约检测时间约6.5h/炉次，提高了生产效率，稳定了生产和产品质量。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，步骤(2)所述硬度值的检测，采用便携式硬度计。

采用上述进一步的有益效果是：采用便携式硬度计，耗时短成本低，无需取金相或扫描试样，简化了检测工序，节约检测时间约6.5h/炉次，提高了生产效率，稳定了生产和产品质量。

进一步，步骤(2)所述边部距离边缘处的距离为10-20mm。

进一步，步骤(3)所述标准值，即6A01、6005A和7B05三种合金的1/2半径处的硬度值分别为37HB、39HB、65HB。此标准值是采用本发明所提到的硬度检测方法，取本公司6A01、6005A和7B05三种合金5个炉次以上试片的硬度进行检测，并取样观察金相及扫描组织，确认所测试片均匀化程度，仅保留均匀化效果较好的硬度数据，将统计数据取平均值，并进行修正作为标准值。

本发明的有益效果是：

1.本发明的检测方法，简便可行，且能对铝合金圆铸锭均匀化效果进行定量分析。

2.本发明的方法进行硬度检测，耗时短成本低，无需取金相或扫描试样，简化了检测工序，节约检测时间约6.5h/炉次，提高了生产效率，稳定了生产和产品质量。

3.本发明的市场前景广阔，适合规模化推广应用。

附图说明

图1为本发明的铝合金圆铸锭硬度检测位置图。

图中，A为中心处，B为1/2半径，C为靠近边缘处的边部。

图2为本发明的6A01铝合金圆铸锭的硬度曲线图。

图3为本发明的6A01铝合金圆铸锭头部的200倍下的金相检测图。其中，(a)为中心处200倍金相照片，(b)为1/2半径处200倍金相照片，(c)为边部200倍金相照片。

图4为本发明的6A01铝合金圆铸锭尾部的200倍下的金相检测图。其中，(a)为中心处200倍金相照片，(b)为1/2半径处200倍金相照片，(c)为边部200倍金相照片。

图5为本发明的6A01铝合金圆铸锭尾部SEM检测图(200倍)。其中，(a)为中心处200倍扫描照片，(b)为1/2半径处200倍扫描照片，(c)为边部200倍扫描照片。

图6为本发明的6A01铝合金圆铸锭的导电率图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例的铝合金圆铸锭均匀化效果的快速检测方法，包括如下步骤：

(1)取均匀化处理后的铝合金圆铸锭，将头尾切片，对试片测量面进行精铣操作，保证其表面粗糙度，试片表面应进行擦拭，减少表面油污对测量造成的偏差；

(2)在步骤(1)得到的铣好的切片上，以圆心为中心，画两条相互垂直的直线，分别在中心处、1/2半径及靠近边缘处的边部，采用KH14里氏硬度计，各进行4次硬度检测，并分别取平均值，获得中心处、1/2半径及边部三个位置的硬度值，5个炉次的6A01铸锭试片三个位置平均硬度值分别为38.9HB、37HB和35HB；

(3)在统计中心处、1/2半径及靠近边缘处的边部的基础上，从中心处到边部每隔20mm进行硬度检测，其变化曲线如图2所示。从中心处到边部，硬度呈逐渐减小的趋势，其差值较小，且头尾部硬度差值也较小。对数据进行统计分析，并计算其整个表面硬度值为36.8HB，与1/2半径位置处硬度值37HB基本一致。在生产过程中可选择1/2半径处作为硬度检测位置，边部和中心的数值作为参比数值。比较步骤(2)所得中心处和边部的硬度值相对1/2半径处的硬度值的偏差在±2HB范围内，差值较小，说明所述铝合金铸锭的均匀化效果较好。

实施例2

本实施例的铝合金圆铸锭均匀化效果的快速检测方法与实施例1步骤相同，本实施例所测合金为7B05合金。

(1)取均匀化处理后的铝合金圆铸锭，将头尾切片，对试片测量面进行精铣操作，保证其表面粗糙度，试片表面应进行擦拭，减少表面油污对测量造成的偏差；

(2)在步骤(1)得到的铣好的切片上，以圆心为中心，画两条相互垂直的直线，分别在中心处、1/2半径及靠近边缘处的边部，采用KH14里氏硬度计，各进行4次硬度检测，并分别取平均值，获得中心处、1/2半径及边部三个位置的硬度值，5个炉次的7B05铸锭试片三个位置平均硬度值分别为67HB、64HB和62.5HB；

(3)在统计中心处、1/2半径及靠近边缘处的边部的基础上，从中心处到边部每隔20mm进行硬度检测，并计算其整个表面硬度值为64.2HB，与1/2半径位置处硬度值64HB基本一致。比较步骤(2)所得中心处和边部的硬度值相对1/2半径处的硬度值的偏差在±3HB范围内，差值较小，说明所述铝合金铸锭的均匀化效果较好。

按上述步骤分别检测统计了6A01、6005A及7B05等合金5个炉次以上的均匀化后铸锭的硬度值，并跟踪验证其后续挤压压力及型材表面质量等，汇总数据并制定出均匀化检测标准，如表1所示。

表1 6A01、6005A及7B05合金铸锭均匀化效果检测标准-1/2半径处硬度值

对比试验

分别采取金相检测、扫描分析和导电率，与实施例1的硬度检测方法做对比试验，对6A01、6005A及7B05等合金多个炉次(5炉及以上)均匀化后试片进行金相及扫描检测分析，并统计其导电率。每种合金均验证5个炉次及以上，在此以6A01合金某一炉次各项检测结果进行阐述说明。

(1)通过金相组织评价均匀效果

取6A01铝合金圆铸锭均匀化后的试样做金相分析，观察是否过烧及均匀化效果情况。取样位置为铸锭头尾部的中心处、1/2半径及靠近边缘处的边部，其200倍下金相组织如图3及图4所示。由图3和图4可知：

①该炉次6A01铝合金圆铸锭未出现过烧情况，且非平衡共晶相溶解，枝晶组织消除，高熔点难溶相含量较少，说明均匀化效果较好；②从中心处到边部，残余溶质原子及第二相含量有减小的趋势，与铸造时冷却强度由中心处到边部逐渐增大有关。

通过观察金相组织是最常见的检测方法，该方法能直观地判断铸锭组织是否过烧，但难以实现对均匀化效果的评价量化。

(2)通过扫描组织评价均匀化效果

利用扫描电镜对6A01铝合金圆铸锭均匀化后的试样尾部中心处、1/2半径及靠近边缘处的边部进行分析验证，其扫描照片如图5所示。由图5可知：

该炉次圆铸锭均匀化后晶界处的共晶组织已基本完全溶解，且从中心处到边部高熔点残余相有减少趋势，但仅存在少量残余相，可认为均匀化效果较好。

从图5可清晰判断合金试样中未溶解的共晶组织，但该方法需要利用扫描电子显微镜，成本高，且而取样及制样麻烦，操作繁琐，耗时长，不适用于企业生产中大批量检测。

(3)通过导电率评价均匀化效果

使用导电率仪检测及统计6A01铝合金圆铸锭均匀化后头尾部的导电率，其导电率变化曲线如图6所示，从图6可知：从中心处到边部，导电率呈逐渐增大的趋势，其差值较小，且头部与尾部差值也较小。

对比从边部到中心处的金相、扫描、导电率及硬度检测结果，硬度变化与导电率呈负相关关系，与金相组织及扫描组织变化趋势一致，存在相关性。从扫描结果来看，均匀化效果较好，可认为在此基础上所测的硬度值具有代表性，在此硬度范围内的铸锭均匀化效果较好。硬度检测操作简便，且成本低耗时短，适合企业大批量生产检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。