CN112084924A - 晶粒组织均匀性的评价方法、锻造成形工艺选择方法 - Google Patents

晶粒组织均匀性的评价方法、锻造成形工艺选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铝合金锻件的晶粒组织均匀性的评价方法，其包括晶粒保存步骤、晶粒静态再结晶步骤、金相组织表面拍摄步骤、晶粒度等级统计步骤以及锻件晶粒组织均匀性评价步骤。通过本发明的方法，使得简便、准确的评价铝合金锻件晶粒组织均匀性成为可能。

Description

晶粒组织均匀性的评价方法、锻造成形工艺选择方法
技术领域
本发明涉及铝合金锻件晶粒组织均匀性评价领域，是一种用于对铝合金锻件的整体晶粒组织均匀性进行评价的方法。
背景技术
国产大型客机C919虽于2017年成功首飞，但是，航空发动机、飞机控制系统、起落架系统以及大型轻质高强航空结构件等是制约国产大型客机走出国门的几大关键因素。其中，7XXX铝合金具备高强韧、塑性加工性能好及可热处理强化等优点，已经成为大型轻质高强航空结构件的主要材料之一。
7050铝合金为了适应航空构建形状要求，利用锻造进行成形非常普遍。现代锻造成形工艺多种多样，例如有分流锻造、等温锻造、复动锻、复合成形、温精锻成形、热精锻成形和冷精锻成形等，对于不同形状用途的铝合金构件进行锻造成形时，铝合金会在不同的工艺过程中经受不同的热力动力过程，在各种热模锻过程中，由于温度差异势必造成锻件表层及心部组织之间、不同方位组织之间不均匀的现象，而且铝合金锻件热模锻过程中的温度差异难以避免，因此，只能通过选择合适的锻造变形工艺来实现锻件的晶粒组织均匀性调控。为此，由于不同工艺所获得锻件的金属组织会有很大不同，对于形状固定的铝合金构件，如何能够对锻造成形工艺的优劣进行比较，获取较优工艺，选取最合适锻造工艺，一直是产业界的难题。
但是如何进行金属组织的均匀性评价并没有简便易行的方法。因此为了评估铝合金锻件的力学性能、简便的比较评估锻造工艺，产业界急需一种铝合金锻件的组织均匀性评价方法。
中国专利201610021609.6公开文本中，公开了一种镍基高温合金锻件的晶粒组织均匀性评价方法，建立了一种针对镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性的评价函数，并结合图形对一种镍基高温合金锻件晶粒组织均匀性进行评价，其通过建立晶粒组织均匀性评价函数，结合在镍基高温合金锻件中选取的节点，统计各节点不同晶粒的晶粒度等级，以及各晶粒在所统计面积占的百分数，给岀镍基高温合金锻件不同部位或镍基高温合金锻件整体的均匀性函数值，函数值越接近0。则晶粒组织越均匀，函数值越接近1则晶粒组织越不均匀，以此来评价其晶粒组织均匀性。中国专利201110393628.9的公开文本中，公开了一种颗粒增强铝基复合材料组织均匀性评定方法，基于体视学和统计决策学基础理论，结合图像分析技术，针对颗粒增强铝基复合材料，对其显微组织中颗粒理想均匀分布状态进行数理统计，建立颗粒增强铝基复合材料组织中颗粒分布均匀性系数的计算方法。并对实际状态下的颗粒增强铝基复合材料组织中的颗粒分布状态进行了均匀性系数修正。根据上述方法，进行了试验分析，验证了体积分数为2％～8％的颗粒增强铝基复合材料的组织均匀性，其结果能够表明颗粒增强铝基复合材料中颗粒分布的均匀程度。
这些金属组织均匀性评价操作复杂，并无法满足快速、准确评价金属组织均匀性，从而快速选取合适工艺的技术要求。
发明内容
本发明人经过深入研究，发现铝合金锻件晶粒组织均匀性主要表现在锻件整体的晶粒尺寸的差别，铝合金晶粒组织的均匀性能够准确的反映铝合金锻件金属组织均匀性。进而，本发明的目的是要解决对铝合金锻件晶粒组织均匀性评价问题，从而建立一种针对铝合金锻件晶粒组织均匀性的评价函数，从而指导成形工艺的选择，获取最佳工艺。
具体而言，本发明提供一种铝合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其包括以下步骤：
晶粒保存步骤，将热变形后的锻件在20～40℃条件下进行淬火；
晶粒静态再结晶步骤，对晶粒保存工序中获得的锻件，在450～490℃条件下保温1～3小时进行退火处理，优选在470～480℃条件下保温1.5～2.5小时可以获得最好的退火处理；
金相组织表面拍摄步骤，将锻件剖开，对剖开面进行抛光，利用酸性试剂，在20～40℃条件下腐蚀10～30秒，利用金相显微镜对其进行拍照，获得金相照片；酸性试剂优选使用Keller试剂，可以获得最好的晶粒组织照片；
晶粒度等级统计步骤，对金相照片中的各晶粒面积进行计算，按照下表将各晶粒按不同的晶粒度等级进行分类，并计算各个晶粒度等价下的晶粒个数占晶粒统计总数的百分比；
Figure BDA0002663486070000031
锻件晶粒组织均匀性评价步骤，将各个晶粒度等级及相对应的百分数代入以下晶粒组织均匀性评价函数，K值越小则均匀化程度越好；
Figure BDA0002663486070000032
式中：Gi——第i个晶粒度等级，
g——被评价总体的平均晶粒度等级，
qi——各个晶粒度等级下晶粒个数所占被评价总体晶粒个数的百分比，
n——所统计是最小晶粒度等级，
m——所统计是最大晶粒度等级。
基于以上的铝合金锻件的晶粒组织均匀性的评价方法，选取不同锻造成形工艺获得的锻件，重复上述步骤，即可对不同变形工艺的锻件的组织均匀性进行比较，根据晶粒组织均匀性评价函数值简便地选择成形工艺。
基于本发明，能提供一种快速、准确评价铝合金锻件晶粒组织均匀性评价方法。利用该评价方法可以快速评估铝合金锻造成形工艺，选择最优化的成形工艺。
附图说明
图1为将待测锻件剖开抛光腐蚀后的示意图；
图2为将待测锻件经过晶粒保存步骤，剖开后进行抛光腐蚀后，获得的剖开表面金相图；
图3为待测锻件经过静态再结晶步骤后，剖开后进行抛光腐蚀后获得的金相图；
图4为待测锻件之一经过静态再结晶步骤后，剖开后进行抛光腐蚀后获得的金相图；
图5为待测锻件之二经过静态再结晶步骤后，剖开后进行抛光腐蚀后获得的金相图；
图6为待测锻件之三经过静态再结晶步骤后，剖开后进行抛光腐蚀后获得的金相图；以及
图7A和图7B为晶粒度等级统计步骤中对于晶粒边缘识别的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
具体而言，图1为将待测锻件普通冷却剖开抛光腐蚀后的示意图，所谓待测锻件，就是对于某一成形工序，利用不同锻造变形工艺获得的锻件，研究不同锻造对铝合金锻件晶粒组织的影响。本发明的铝合金锻件的晶粒组织均匀性的评价方法，包括以下步骤：晶粒保存步骤、晶粒静态再结晶步骤、金相组织表面拍摄步骤、晶粒度等级统计步骤以及锻件晶粒组织均匀性评价步骤。
经过晶粒静态再结晶步骤之后，拍摄到的金相照片中晶粒的边缘非常清晰，使得金相组织表面拍摄步骤、晶粒度等级统计步骤，可以利用现有计算机分析处理软件快速进行，从而可以快速进行后述的晶粒轮廓的获取、粒径的计算、晶粒分级，为后续统计计算建立快速的流程。目前为止，由于缺少有效的前处理工序，使得获得晶粒分级数据非常困难，也难以基于晶粒分级来讨论组织的均匀性。例如本发明的图2所示，不经过晶粒静态再结晶步骤的断面，如果进行剖光、腐蚀处理拍照，晶像组织边缘不是很明晰。本发明，由于创造性的发现了晶粒保存步骤、晶粒静态再结晶步骤，使得基于晶粒分级情况，建立一种快速、准确评价金属组织均匀性的方法成为可能。
进一步发现，如果在抛光腐蚀阶段采用何种腐蚀剂都能实现本发明效果，但是如果使用Keller试剂，一般的配置方法为：将95mL蒸馏水、2.5mL HNO3、1.5mL HCl和1.0mL HF混合，能够获得最理想的金相组织照片。
实施例
下面将结合附图并以7050铝合金锻件的实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明的锻件是利用Gleeble-3800热/力模拟试验机，对7050铝合金锻件进行热压缩实验，分别改变变形量、应变速率及变形温度，可以模拟不同锻造工艺对铝合金锻件晶粒组织的影响。
从Gleeble-3800热/力模拟试验机获得的不同的锻件温度非常高，这一情况基本模拟了实际情况下刚刚从锻件成形工序下线的锻件的情况。
将各待测的铝合金锻件进行淬火，淬火在室温25℃的条件下进行，从而保留其晶粒组织，如图2所示，晶粒保存步骤后的晶粒边缘不够清晰。
将变形后的铝合金锻件进行再结晶退火，退火温度为470℃，保温2小时，晶粒静态再结晶步骤，基于图3～6可知，晶粒边缘更加清晰可见。
将热处理后锻件进行抛光腐蚀，利用蔡司Axio Lab A1金相显微镜设备对其进行拍摄，获得晶粒组织金相图，如图3至图6所示的金相组织表面拍摄步骤。
经过上述步骤所拍摄的剖开表面的金属晶相图，如附图7A，对该图利用Image-pro软件可以自动沿晶界将将晶粒标红，如附图7B。Image-pro软件可以按晶粒面积进行晶粒尺寸统计，按照面积统计分级，对晶粒组织进行晶粒度等级统计，并按不同的晶粒度等级进行分类，图7A和图7B示出了晶粒度等级统计步骤中对于晶粒边缘识别的示意图。
表1晶粒登记分类方法
Figure BDA0002663486070000051
同时计算各级晶粒度等价下的晶粒个数占统计晶粒总数的百分比，并计算平均晶粒度等级。
将所统计的晶粒按5～12晶粒度等级进行分类，表2为经不同工艺锻造变形而得到的铝合金锻件，在经过上述处理工序之后获得的晶粒度等级的统计结果。
表2晶粒度等级统计结果
Figure BDA0002663486070000061
对表2中“条件”进行说明，例“10％-200℃-1s-1”表示为变形量为10％，变形温度为200℃，应变速率为1s-1。如表2，本实施例共选取了8个不同的条件，模拟不同锻造工艺。
将晶粒度等级的统计结果代入下述均匀性评价公式，在本实例中，铝合金锻件晶粒组织均匀性评价函数可以写为：
Figure BDA0002663486070000062
式中：Gi——第i个晶粒度等级，
g——被评价总体的平均晶粒度等级，
qi——各个晶粒度等级下晶粒个数所占被评价总体晶粒个数的百分比，
n——所统计是最小晶粒度等级，
m——所统计是最大晶粒度等级，
K值越小代表均匀度更高。
将表2中的数据代入铝合金锻件晶粒组织均匀性评价函数，可得不同条件下铝合金锻件晶粒组织均匀性评价函数值，如表3所示。
表3不同条件下铝合金锻件晶粒组织均匀性函数值
Figure BDA0002663486070000071
对表3中的变形条件进行说明，例“10-200-1S-1”表示为变形量为10％，变形温度为200℃，应变速率为1s-1。
结合表3可知，在变形量为20％，变形温度为200℃，应变速率为1s-1时，即表1所示变形条件，铝合金锻件晶粒组织均匀性评价函数值最小，说明，该工艺为最佳工艺。
对于图4、图5及图6的晶粒组织，如果不经过本发明的方法进行适当处理，很难分辨其组织均匀性差别，利用本发明可以迅速量化各自的均匀度。
综合以上说明，利用本发明能够快速、准确的进行铝合金锻件金属组织均匀性评价，对不同工艺的选取进行可靠的指导。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本发明提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种铝合金锻件的晶粒组织均匀性的评价方法，其特征在于，其包括以下步骤：
晶粒保存步骤，将热变形后的锻件在20～40℃条件下进行淬火；
晶粒静态再结晶步骤，对晶粒保存工序中获得的锻件，在450～490℃条件下保温1～3小时进行退火处理；
金相组织表面拍摄步骤，将锻件剖开，对剖开面进行抛光，利用酸性试剂，在20～40℃条件下腐蚀10～30秒，利用金相显微镜对其进行拍照，获得金相照片；
晶粒度等级统计步骤，对金相照片中的各晶粒面积进行计算，按照下表将各晶粒按不同的晶粒度等级进行分类，并计算各个晶粒度等价下的晶粒个数占晶粒统计总数的百分比；
Figure FDA0002663486060000011
锻件晶粒组织均匀性评价步骤，将各个晶粒度等级及相对应的百分数代入以下晶粒组织均匀性评价函数，K值越小则均匀化程度越好；
Figure FDA0002663486060000012
式中：Gi——第i个晶粒度等级，
g——被评价总体的平均晶粒度等级，
qi——各个晶粒度等级下晶粒个数所占被评价总体晶粒个数的百分比，
n——所统计是最小晶粒度等级，
m——所统计是最大晶粒度等级。
2.根据权利要求1所述的铝合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于，
晶粒保存步骤，在20～25℃条件下进行淬火处理10～20秒。
3.根据权利要求1所述的铝合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于，
晶粒静态再结晶步骤中，在470～490℃条件下进行退火处理。
4.根据权利要求1所述的铝合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于，
晶粒静态再结晶步骤中，在470～480℃条件下保温1.5～2.5小时进行退火处理。
5.根据权利要求1所述的铝合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于，
金相组织表面拍摄步骤，酸性试剂采用Keller试剂。
6.根据权利要求1所述的铝合金锻件晶粒组织均匀性评价方法，其特征在于，
金相组织照片选用放大倍率200倍的金相组织照片。
7.一种铝合金锻造成形工艺选择方法，其特征在于，对于不同的锻造工艺的锻件，利用权利要求1的铝合金锻件晶粒组织均匀性评价方法进行评价，选择其中K值最小的铝合金锻造成形工艺。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113362909A (zh) * 2021-06-02 2021-09-07 燕山大学 用于评价合金钢锻件中晶粒组织均匀性的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010001401A1 (en) * 1997-07-11 2001-05-24 Vladimir Segal Process for producing a metal article
CN105631156A (zh) * 2016-01-13 2016-06-01 燕山大学 一种镍基高温合金锻件的晶粒组织均匀性评价方法
CN109457201A (zh) * 2018-11-14 2019-03-12 中南大学 一种细化镍基合金锻件晶粒并提高组织均匀性的方法
CN110057650A (zh) * 2019-05-20 2019-07-26 常德力元新材料有限责任公司 钢带晶粒的评价方法
CN110230014A (zh) * 2019-06-04 2019-09-13 燕山大学 一种调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法
CN110760726A (zh) * 2019-11-19 2020-02-07 吉林工程技术师范学院 一种铝合金锻件及提高铝合金锻件的均匀性的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010001401A1 (en) * 1997-07-11 2001-05-24 Vladimir Segal Process for producing a metal article
CN105631156A (zh) * 2016-01-13 2016-06-01 燕山大学 一种镍基高温合金锻件的晶粒组织均匀性评价方法
CN109457201A (zh) * 2018-11-14 2019-03-12 中南大学 一种细化镍基合金锻件晶粒并提高组织均匀性的方法
CN110057650A (zh) * 2019-05-20 2019-07-26 常德力元新材料有限责任公司 钢带晶粒的评价方法
CN110230014A (zh) * 2019-06-04 2019-09-13 燕山大学 一种调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法
CN110760726A (zh) * 2019-11-19 2020-02-07 吉林工程技术师范学院 一种铝合金锻件及提高铝合金锻件的均匀性的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
焦子腾等: "7A85铝合金热变形过程中微观组织演变规律研究", 《塑性工程学报》 *
胡建良等: "7A85铝合金塑性变形过程位错密度模型", 《中国有色金属学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113362909A (zh) * 2021-06-02 2021-09-07 燕山大学 用于评价合金钢锻件中晶粒组织均匀性的方法
CN113362909B (zh) * 2021-06-02 2022-07-01 燕山大学 用于评价合金钢锻件中晶粒组织均匀性的方法

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