铝合金的金相分析

代可香（中国铝业连城分公司（甘肃兰州）730335）

铝合金在生产过程中需要对其化学成分、尺寸精度、机械性能等进行检验分析，尤其对铝合金的金相分析对提高产品质量，采取有效措施控制不合格产品出现的概率， 以及在研究新型铝合金材料等方面具有重要意义，下面以硬铝合金为例进行阐述。

硬铝合金即铝铜镁系合金具有耐热性能强、 强度高等优点因此被广泛应用于建筑、造船等行业。 硬铝合金中较为常见的有Ly11、Ly12 两类，下面以Ly12 为重点对其金相分析进行探讨。

一、铝合金金相检验

1、强化效果

硬铝合金组成成分和其机械性能有着密切的关系， 本质上分析主要由合金的强化相决定，硬铝合金的强化相受合金中镁、铜比值的影响， 这两种元素的比值不同不但影响铝合金的强化相，而且还影响铝合金的强化效果。 当铝合金中镁元素的含量较少时，其形成的强化相以θ（CuAl2）为主，当镁元素的含量增加时θ 相则相应的减少，从而形成具有一定耐热性，强化效果更大的S（Al2CuMg）相。 如果Mg 的含量继续增加则会形成β（Al3Mg2）和T（Al6CuMg4）相，其强化效果较差。 在镁和铜比值一定的条件下，铝合金中镁、铜元素含量越高，强化相数量就越多，形成的强化效果就越大。

2、显微组织

研究分析铝合金组织使用的侵蚀剂是氢氟酸。 使其对Ly12进行固溶化处理，然后加自然和人工时效后，正常的显微组织应在α 固溶液基体上均匀分布为S 相和θ 相。

在合金非平衡冷却时会给合金的偏析带来一定的影响，尤其对合金心部的影响较为严重导致其严重偏析， 在α 晶界位置出现一些（α+θ）、（α+S）二元共晶，有时还会出现（α+S+θ）三元共晶。 这种情况的产生并非仅仅有合金的非平衡冷却产生，淬火冷却速度会给合金造成相同的影响。 如果淬火冷却的速度较低，合金的强化相就会大量析出并分布在晶界边沿位置， 这种情况会使合金的强化效果大大降低，增大晶间腐蚀可能性。 从中能够得出这样的结论：如果合金的强化相出现在晶界位置处，就会导致合金的抗腐蚀性能降低，硬合金的强度也会因此受到影响。

如果想利用时效和淬火增强铝合金的强度， 并不需要特意对其进行均匀退火处理， 因为合金淬火加热过程中其成分就会分布均匀。 如果将铝合金的试样直接放在在温度为497±3.5℃的条件下加热20min， 对其进行水淬固溶化处理， 或者先将其在490℃温度条件下加热120min 均匀化退火然后再进行固溶化操作。 经观察分析可知这些操作处理并未使铝合金强化相的分布状态发生改变。

根据以上的结果分析， 铝合金的强度没有得到显著提升主要以下几点原因造成：首先，对其进行均匀化退火处理时，其保温时间不够充足；其次，铝合金的组织粒粗大，从而会给其成分的扩散带来一定的影响。 经试验证明要想细化铝合金的晶粒，则需对其进行冷变形加工处理， 这样以来还能促进铝合金成分分布均匀。

3、强化相的鉴别

为了鉴别铝合金的强化相，试验时应对其进行染色处理。 资料显示能够使用磷酸水溶液对铝合金的θ 相和S 相进行染色，主要因为铝合金的θ 相不变色而S 相则会表现为暗棕色。 如果使用氢氟酸侵蚀剂对铝合金的强化相进行染色， 能够通过灰度的不同对铝合金的强化相进行辨别。

4、过烧组织

硬铝合金热处理特性决定了强化相的充分固溶温度和 （α+S+θ）三元共晶温度之间的空隙较窄。 如果将Ly12 合金的θ 相和S 相完全溶入，则α 固溶体的温度和三相共晶（α+S+θ）的熔点非常相近，所以说对硬铝合金进行淬火加热过烧的敏感性非常大。据相关资料介绍，如果铝合金抛光状态下，未使用试剂对其进行侵蚀操作， 当有球状共晶相出现时则说明已达到轻微过烧或已经过热。 如果出现了较为清晰的晶界，尤其在三个晶界交汇位置粗化且出现了呈现黑色的三角相，则说明其已经融化，达到了过烧的程度。

硬铝合金淬火加热操作时“过热”主要指其在固相区保持较长时间的保温状态，导致铝合金的晶粒变大。 “过烧”指加热的温度已使其进入固、液两相区，此时的晶界慢慢开始熔化。 例如，在510℃左右温度条件下保持20min 的水冷处理后的组织， 不但出现了共晶复熔球， 而且三角晶区和晶界变粗都逐渐出现。 在540℃左右温度条件下保持20min，水冷处理后的组织，这时的晶界变得更粗， 而且三角晶区更为清晰， 该状态下仍有共晶复熔球。

因此从这个层面上分析， 在实际的铝合金金相检验中遇到硬铝合金过热组织出现的可能性非常小， 即较为粗大的α 相晶粒出现，不过有关标准并不将其作为是否过热的判断依据，除非在接近温度或在α 相区条件下保持很长一段时间的保温， 不过这种情况在实际的生产过程中根本不会出现。 当出现“共晶”复熔球就足以说明淬火加热的温度已经使其达到了固、液的状态，真正达到了过热的程度。

二、铝合金金相研究处理方法

铝合金的金相分析过程中， 通常将验证金属组织定性分析和组织成分含量的半定量分析作为重点，但是随着科技的发展，采用计算机图像处理技术， 对铝合金进行金相分析受到人们的广泛关注。

图像预处理技术主要包括图像分割和图像滤波两部分组成，其中滤波的主要目的在于去除检验的干扰因素，主要因为铝合金的金相图像会受到光照的不均匀等其他因素的影响， 所以对金相图像进行滤波处理后， 就能使目标图像和背景图像形成强烈的对比，从而使金相图像质量大大提高。 图像分割的主要目的是分割目标图像和背景以及相互连接的图像之间进行分离。现在对铝合金金相分析时使用最大类间方差优化算法对图像进行分割处理，使用高斯滤波优化算法对金相图像进行去噪处理。

三、总结

从材料学的角度考虑，对铝合金的金相进行分析，能够对铝合金的性能做出合理的预测，并能评估铝合金的组织状态，从而准确把握和控制铝合金进行热处理操作过程， 以此充分发挥铝合金的最佳性能。

[1] 谷莉. 硬铝合金金相检验中常见的几个问题[J]. 甘肃高师学报. 2005(02)

[2] 王永海. 变形铝合金显微组织的金相与电镜观察[A]. 工业铝型材技术专集[C]. 2006