CN113049337B - 一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法，能够根据晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度快速判断铸锭的强度和塑性，操作简单，准确度较高。本发明通过下述技术方案予以实现：在非沉淀强化铝合金铸锭上切割样块，制成金相样品；采用带偏光镜的金相显微镜观察金相样品彩色晶粒的尺寸和取向，判断晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度；根据晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度判断铸锭的强度和塑性。

Description

一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法
技术领域
本发明涉及铸锭力学性能，具体涉及非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法。
背景技术
铝合金铸锭的强度和塑性通常是采用拉伸试验测试材料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率等力学性能指标来评价的。在一些具体情况下，往往受材料的尺寸、结构和应用环境等条件的限制，无法将其按照GB/T228-2010《金属材料拉伸试验室温试验方法》制成标准拉伸试样进行测试，只能通过材料的组织进行经验性判断。
目前，铝合金有三大强化方式，分别是固溶强化、沉淀强化和细晶强化。对铝合金的晶粒生长有重要影响的除了温度和变形等因素外，主要就是沉淀相。对于非沉淀强化铝合金，判断合金的力学性能一般是从晶粒的生长状况入手，合金的晶粒越细小，越能有效分散合金发生的塑性变形，同时晶界面积越大，越能阻碍裂纹的扩展，合金的强度和塑性一般较高。但是，只有当晶粒足够细小时，才会产生细晶强化，即需要确定引起细晶强化的临界晶粒尺寸。显然，要单独从晶粒尺寸上准确判断合金的强度和塑性是十分困难的。因此，仅靠上述方法来判断非沉淀强化铝合金铸锭的强度和塑性是不完善的。
发明内容
本发明的目的是提供一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法，其能够根据晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度快速判断铸锭的强度和塑性，操作简单，准确度较高。
本发明所述的一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在非沉淀强化铝合金铸锭上切割样块，制成金相样品；
步骤二，采用带偏光镜的金相显微镜观察金相样品彩色晶粒的尺寸和取向，判断晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度；
步骤三，根据晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度判断铸锭的强度和塑性。
进一步，所述步骤一中沿非沉淀强化铝合金铸锭宽度方向靠近侧边中心区域切割边长为10~20毫米的正方体样块，经机械打磨、抛光和覆膜后，制成用于观察晶粒信息的金相样品。选择该取样位置是为了兼顾铸锭宽度方向的中心和边部两个区域的晶粒结构和力学性能特点。一般地，铸锭宽度方向的中心区域较宽，由粗大的等轴晶粒构成，强度和塑性偏低；边部区域较窄，由细小的等轴晶粒构成，强度和塑性偏高。因此，在这两个区域取样均不能准确反映铸锭的强度和塑性。
进一步，所述机械打磨依次采用标号为400、800、1500和2000的碳化硅砂纸；抛光依次采用粒径为2.5微米的金刚石抛光膏粗抛和0.5微米的金刚石抛光剂精抛；覆膜采用的覆膜液为体积分数为95%的硫酸、体积分数为85%的磷酸和水的混合液，硫酸、磷酸和水的体积比为8:9:4。
进一步，覆膜采用的直流电的电流强度为0.1~0.2安培，通电时间为150~210秒。
进一步，覆膜过程对覆膜液进行冰水浴降温，覆膜液的温度为5~10摄氏度。
进一步，所述步骤二中晶粒的尺寸细化程度根据晶粒度评级标准进行判断，若晶粒度等级高，则判断晶粒的尺寸细化程度高。
进一步，所述步骤二中晶粒的取向均匀化程度根据晶粒在偏光镜下的色差进行判断，若色差大或色差分布不均匀，则判断晶粒的取向均匀化程度低，若色差小或色差分布均匀，则判断晶粒的取向均匀化程度高。
进一步，晶粒在偏光镜下的色差根据晶粒的取向进行匹配，包括以蓝、紫色为主的冷色系或以红、橙、黄色为主的暖色系，若相邻晶粒为同种色系，则判断色差小，若相邻晶粒为异种色系，则判断色差大，若相邻晶粒的色系分布均匀，则判断色差分布均匀，若相邻晶粒的色系分布不均匀，则判断色差分布不均匀。
进一步，所述步骤三中若晶粒的尺寸细化程度高且取向均匀化程度低，则判断铸锭的强度高、塑性低，若晶粒的取向均匀化程度高，则判断铸锭的塑性高。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
能够通过金相观察非沉淀强化铝合金铸锭彩色晶粒的尺寸和取向，根据晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度，快速、准确判断铸锭的强度和塑性。
附图说明
图1是非沉淀强化铝合金铸锭金相样品的取样位置示意图；
图2是非沉淀强化铝合金铸锭晶粒的取向均匀化程度低示意图；
图3是非沉淀强化铝合金铸锭晶粒的取向均匀化程度高示意图；
图4是不含Zr的5052铝合金铸锭的50倍彩色晶粒图；
图5是含0.05%Zr的5052铝合金铸锭的50倍彩色晶粒图；
图6是含0.15%Zr的5052铝合金铸锭的50倍彩色晶粒图；
图7是含0.29%Zr的5052铝合金铸锭的50倍彩色晶粒图；
图8是含0.47%Zr的5052铝合金铸锭的50倍彩色晶粒图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
实施例一，一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在非沉淀强化铝合金铸锭上切割样块，制成金相样品：沿非沉淀强化铝合金铸锭宽度方向靠近侧边中心区域切割边长为10~20毫米的正方体样块，如图1所示，经机械打磨、抛光和覆膜后，制成用于观察晶粒信息的金相样品；机械打磨依次采用标号为400、800、1500和2000的碳化硅砂纸；抛光依次采用粒径为2.5微米的金刚石抛光膏粗抛和0.5微米的金刚石抛光剂精抛；覆膜采用的覆膜液为体积分数为95%的硫酸、体积分数为85%的磷酸和水的混合液，硫酸、磷酸和水的体积比为8:9:4；覆膜采用的直流电的电流强度为0.1~0.2安培，通电时间为150~210秒；覆膜过程对覆膜液进行冰水浴降温，覆膜液的温度为5~10摄氏度；
步骤二，采用带偏光镜的金相显微镜观察金相样品彩色晶粒的尺寸和取向，判断晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度：晶粒的尺寸细化程度根据晶粒度评级标准进行判断，若晶粒度等级高，则判断晶粒的尺寸细化程度高；晶粒的取向均匀化程度根据晶粒在偏光镜下的色差进行判断，若色差大或色差分布不均匀，则判断晶粒的取向均匀化程度低，如图2所示，若色差小或色差分布均匀，则判断晶粒的取向均匀化程度高，如图3所示；晶粒在偏光镜下的色差根据晶粒的取向进行匹配，包括以蓝、紫色为主的冷色系或以红、橙、黄色为主的暖色系，若相邻晶粒为同种色系，则判断色差小，若相邻晶粒为异种色系，则判断色差大，若相邻晶粒的色系分布均匀，则判断色差分布均匀，若相邻晶粒的色系分布不均匀，则判断色差分布不均匀；
步骤三，根据晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度判断铸锭的强度和塑性：若晶粒的尺寸细化程度高且取向均匀化程度低，则判断铸锭的强度高、塑性低，若晶粒的取向均匀化程度高，则判断铸锭的塑性高。
测试例一，沿不含Zr的5052铝合金铸锭宽度方向靠近侧边中心区域切割边长为10毫米的正方体样块，经机械打磨、抛光和覆膜后，制成用于观察晶粒信息的金相样品；机械打磨依次采用标号为400、800、1500和2000的碳化硅砂纸；抛光依次采用粒径为2.5微米的金刚石抛光膏粗抛和0.5微米的金刚石抛光剂精抛；覆膜采用的覆膜液为体积分数为95%的硫酸、体积分数为85%的磷酸和水的混合液，硫酸、磷酸和水的体积比为8:9:4；覆膜采用的直流电的电流强度为0.1安培，通电时间为150秒；覆膜过程对覆膜液进行冰水浴降温，覆膜液的温度为5摄氏度；采用带偏光镜的金相显微镜观察金相样品彩色晶粒的尺寸和取向，如图4所示，判断晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度，晶粒的尺寸细化程度根据GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》进行判断，经比较，晶粒度等级为1.5级，晶粒的尺寸细化程度较低，晶粒的取向均匀化程度根据晶粒在偏光镜下的色差进行判断，经观察，相邻晶粒大部分为同种色系，小部分为异种色系，色系分布较均匀，色差较小，色差分布较均匀，晶粒的取向均匀化程度较高，经判断，铸锭的强度较低、塑性较高。将不含Zr的5052铝合金铸锭按照GB/T228-2010《金属材料拉伸试验室温试验方法》制成标准拉伸试样进行测试，测试的抗拉强度为197兆帕、屈服强度为100兆帕、断后伸长率为22.19%。
测试例二，沿含0.05%Zr的5052铝合金铸锭宽度方向靠近侧边中心区域切割边长为15毫米的正方体样块，经机械打磨、抛光和覆膜后，制成用于观察晶粒信息的金相样品；机械打磨依次采用标号为400、800、1500和2000的碳化硅砂纸；抛光依次采用粒径为2.5微米的金刚石抛光膏粗抛和0.5微米的金刚石抛光剂精抛；覆膜采用的覆膜液为体积分数为95%的硫酸、体积分数为85%的磷酸和水的混合液，硫酸、磷酸和水的体积比为8:9:4；覆膜采用的直流电的电流强度为0.15安培，通电时间为180秒；覆膜过程对覆膜液进行冰水浴降温，覆膜液的温度为7摄氏度；采用带偏光镜的金相显微镜观察金相样品彩色晶粒的尺寸和取向，如图5所示，判断晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度，晶粒的尺寸细化程度根据GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》进行判断，经比较，晶粒度等级为0.5级，晶粒的尺寸细化程度低，晶粒的取向均匀化程度根据晶粒在偏光镜下的色差进行判断，经观察，相邻晶粒部分为同种色系，部分为异种色系，色系分布较均匀，色差较大，色差分布较均匀，晶粒的取向均匀化程度适中，经判断，铸锭的强度适中、塑性适中。将含0.05%Zr的5052铝合金铸锭按照GB/T228-2010《金属材料拉伸试验室温试验方法》制成标准拉伸试样进行测试，测试的抗拉强度为201兆帕、屈服强度为101兆帕、断后伸长率为20.89%。
测试例三，沿含0.15%Zr的5052铝合金铸锭宽度方向靠近侧边中心区域切割边长为20毫米的正方体样块，经机械打磨、抛光和覆膜后，制成用于观察晶粒信息的金相样品；机械打磨依次采用标号为400、800、1500和2000的碳化硅砂纸；抛光依次采用粒径为2.5微米的金刚石抛光膏粗抛和0.5微米的金刚石抛光剂精抛；覆膜采用的覆膜液为体积分数为95%的硫酸、体积分数为85%的磷酸和水的混合液，硫酸、磷酸和水的体积比为8:9:4；覆膜采用的直流电的电流强度为0.2安培，通电时间为210秒；覆膜过程对覆膜液进行冰水浴降温，覆膜液的温度为10摄氏度；采用带偏光镜的金相显微镜观察金相样品彩色晶粒的尺寸和取向，如图6所示，判断晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度，晶粒的尺寸细化程度根据GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》进行判断，经比较，晶粒度等级为0级，晶粒的尺寸细化程度低，晶粒的取向均匀化程度根据晶粒在偏光镜下的色差进行判断，经观察，相邻晶粒部分为同种色系，部分为异种色系，色系分布较均匀，色差较大，色差分布较均匀，晶粒的取向均匀化程度适中，经判断，铸锭的强度适中、塑性适中。将含0.15%Zr的5052铝合金铸锭按照GB/T228-2010《金属材料拉伸试验室温试验方法》制成标准拉伸试样进行测试，测试的抗拉强度为198兆帕、屈服强度为103兆帕、断后伸长率为20.55%。
测试例四，沿含0.29%Zr的5052铝合金铸锭宽度方向靠近侧边中心区域切割边长为15毫米的正方体样块，经机械打磨、抛光和覆膜后，制成用于观察晶粒信息的金相样品；机械打磨依次采用标号为400、800、1500和2000的碳化硅砂纸；抛光依次采用粒径为2.5微米的金刚石抛光膏粗抛和0.5微米的金刚石抛光剂精抛；覆膜采用的覆膜液为体积分数为95%的硫酸、体积分数为85%的磷酸和水的混合液，硫酸、磷酸和水的体积比为8:9:4；覆膜采用的直流电的电流强度为0.15安培，通电时间为180秒；覆膜过程对覆膜液进行冰水浴降温，覆膜液的温度为7摄氏度；采用带偏光镜的金相显微镜观察金相样品彩色晶粒的尺寸和取向，如图7所示，判断晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度，晶粒的尺寸细化程度根据GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》进行判断，经比较，晶粒度等级为2.5级，晶粒的尺寸细化程度较高，晶粒的取向均匀化程度根据晶粒在偏光镜下的色差进行判断，经观察，相邻晶粒部分为同种色系，部分为异种色系，色系分布较不均匀，色差较大，色差分布较不均匀，晶粒的取向均匀化程度较低，经判断，铸锭的强度较高、塑性较低。将含0.29%Zr的5052铝合金铸锭按照GB/T228-2010《金属材料拉伸试验室温试验方法》制成标准拉伸试样进行测试，测试的抗拉强度为199兆帕、屈服强度为111兆帕、断后伸长率为19.01%。
测试例五，沿含0.47%Zr的5052铝合金铸锭宽度方向靠近侧边中心区域切割边长为15毫米的正方体样块，经机械打磨、抛光和覆膜后，制成用于观察晶粒信息的金相样品；机械打磨依次采用标号为400、800、1500和2000的碳化硅砂纸；抛光依次采用粒径为2.5微米的金刚石抛光膏粗抛和0.5微米的金刚石抛光剂精抛；覆膜采用的覆膜液为体积分数为95%的硫酸、体积分数为85%的磷酸和水的混合液，硫酸、磷酸和水的体积比为8:9:4；覆膜采用的直流电的电流强度为0.15安培，通电时间为180秒；覆膜过程对覆膜液进行冰水浴降温，覆膜液的温度为7摄氏度；采用带偏光镜的金相显微镜观察金相样品彩色晶粒的尺寸和取向，如图8所示，判断晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度，晶粒的尺寸细化程度根据GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》进行判断，经比较，晶粒度等级为2.0级，晶粒的尺寸细化程度适中，晶粒的取向均匀化程度根据晶粒在偏光镜下的色差进行判断，经观察，相邻晶粒大部分为同种色系，小部分为异种色系，色系分布较均匀，色差较小，色差分布较均匀，晶粒的取向均匀化程度较高，经判断，铸锭的强度适中、塑性较高。将含0.47%Zr的5052铝合金铸锭按照GB/T228-2010《金属材料拉伸试验室温试验方法》制成标准拉伸试样进行测试，测试的抗拉强度为202兆帕、屈服强度为107兆帕、断后伸长率为22.97%。

Claims (5)

1.一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在非沉淀强化铝合金铸锭上切割样块，制成金相样品；
步骤二，采用带偏光镜的金相显微镜观察金相样品彩色晶粒的尺寸和取向，判断晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度；晶粒的尺寸细化程度根据GB/T6394-2017金属平均晶粒度测定方法进行判断，若晶粒度等级高，则判断晶粒的尺寸细化程度高；晶粒的取向均匀化程度根据晶粒在偏光镜下的色差进行判断，若色差大或色差分布不均匀，则判断晶粒的取向均匀化程度低，若色差小或色差分布均匀，则判断晶粒的取向均匀化程度高；晶粒在偏光镜下的色差根据晶粒的取向进行匹配，包括以蓝、紫色为主的冷色系或以红、橙、黄色为主的暖色系，若相邻晶粒为同种色系，则判断色差小，若相邻晶粒为异种色系，则判断色差大，若相邻晶粒的色系分布均匀，则判断色差分布均匀，若相邻晶粒的色系分布不均匀，则判断色差分布不均匀；
步骤三，根据晶粒的尺寸细化程度和取向均匀化程度判断铸锭的强度和塑性，晶粒的尺寸细化程度高且取向均匀化程度低，则判断铸锭的强度高、塑性低，若晶粒的取向均匀化程度高，则判断铸锭的塑性高。
2.根据权利要求1所述的一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法，其特征在于，所述步骤一中沿非沉淀强化铝合金铸锭宽度方向靠近侧边中心区域切割边长为10~20毫米的正方体样块，经机械打磨、抛光和覆膜后，制成用于观察晶粒信息的金相样品。
3.根据权利要求2所述的一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法，其特征在于，所述机械打磨依次采用标号为400、800、1500和2000的碳化硅砂纸；抛光依次采用粒径为2.5微米的金刚石抛光膏粗抛和0.5微米的金刚石抛光剂精抛；覆膜采用的覆膜液为体积分数为95%的硫酸、体积分数为85%的磷酸和水的混合液，硫酸、磷酸和水的体积比为8:9:4。
4.根据权利要求2所述的一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法，其特征在于，覆膜采用的直流电的电流强度为0.1~0.2安培，通电时间为150~210秒。
5.根据权利要求2所述的一种非沉淀强化铝合金铸锭强度和塑性的判断方法，其特征在于，覆膜过程对覆膜液进行冰水浴降温，覆膜液的温度为5~10摄氏度。
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