(1)过烧的宏观组织特征。过烧严重时铸锭和加工制品表面色泽变暗、变黑,有时产生表面起泡。
(2)过烧的显微组织典型特征。检查铸锭及加工制品是否过烧,只以显微组织特征为依据,其他方法只能作为旁证。对变形铝合金,根据国家标准,过烧的判定特征有3个,即复熔共晶球、晶界局部复熔加宽和3个晶粒交叉处形成复熔三角形。
用电子显微镜对复熔三角形处组织的研究发现,与复熔产物相接触的基体有梯田花样。梯田花样是枝晶露头的结晶台阶,与疏松内壁表面上的枝晶露头一样,表明该处的组织已发生过复熔。
一般将过烧程度分为轻微过烧、过烧和严重过烧。轻微过烧指过烧特征轻微,过烧指过烧特征明显,严重过烧指过烧特征多,晶界严重复熔粗化和平直,低熔点共晶大量熔化和聚集。轻微过烧判断较难,要判断准确必须有丰富的经验。
(3)过烧形成机理。变形铝合金中,除α(A1)基体外一般都有几种共晶,根据合金的不同,含有共晶的种类和多少也不同。如果在一种合金里有几种共晶,每种共晶的熔化温度不尽相同,当把合金从低温升到高温时,熔点最低的共晶必首先熔化,这个共晶熔化的温度称为过烧温度,而这种共晶被称为低熔点共晶,即熔点最低的共晶。
例如2A12合金主要有两种共晶:
α(Al)+CuAl2 熔点548℃
α(Al)+CuAl2+Al2CuMg(S相)
熔点507℃
三元共晶的熔点比二元共晶低得多,当合金在较高温度热处理时,三元共晶必首先熔化,其熔化温度(507℃)即为2A12合金的过烧温度。
对铸锭的热差分析得出主要变形铝合金的过烧温度见表1:
(3)过烧形成机理。变形铝合金中,除α(A1)基体外一般都有几种共晶,根据合金的不同,含有共晶的种类和多少也不同。如果在一种合金里有几种共晶,每种共晶的熔化温度不尽相同,当把合金从低温升到高温时,熔点最低的共晶必首先熔化,这个共晶熔化的温度称为过烧温度,而这种共晶被称为低熔点共晶,即熔点最低的共晶。
例如2A12合金主要有两种共晶:
α(Al)+CuAl2 熔点548℃
α(Al)+CuAl2+Al2CuMg(S相)
熔点507℃
三元共晶的熔点比二元共晶低得多,当合金在较高温度热处理时,三元共晶必首先熔化,其熔化温度(507℃)即为2A12合金的过烧温度。
对铸锭的热差分析得出主要变形铝合金的过烧温度见表1:
表1:主要变形铝合金的过烧温度
合金 |
过烧温度/℃ |
2A12 |
507 |
2A11 |
522 |
6A02 |
555 |
2A50 |
548 |
2A14 |
518 |
2A70 |
548 |
2A06 |
510 |
2A16 |
548 |
2011 |
552 |
6063 |
591 |
4A11 |
540 |
7A04 |
489 |
(4)防止措施:
1)严格控制热处理的温度和保温时间;
2)高温仪表定期检定,不允许使用检定不合格或超期仪表;
3)热处理炉内温度要均匀,炉料不能有油污,摆放要合理;
4)操作时要看对合金和卡片。
(5)过烧对性能的影响。合金过烧后,低熔点共晶在晶界上和基体内复熔又凝固,改变了过烧前该处组织紧密相联的状态,对合金的连续性造成了普遍损害,对合金的力学性能、疲劳和腐蚀性能等都产生严重影响。因为合金过烧不能用热处理或加工变形消除,任何铸锭和制品发生过烧都为绝对废品。特别是用于航天工业的合金,更加不能允许。
需要指出的是,当合金轻微过烧时,由于第二相固溶更加充分,过烧复熔产物很小,晶界没有遭到普遍损坏,有些合金例如2A12合金,其力学性能不但没有降低反而升高,但应力腐蚀和疲劳性能明显下降。当过烧严重时,各项性能都明显下降。
以7A04和6063合金铸锭为例,随着均火温度的升高,铸锭的强度和塑性都逐渐升高,当铸锭过烧后(7A04合金489℃,6063合金591℃),性能开始下降,其中塑性下降最严重,见表2、表3。
表2:7A04合金不同均火温度铸锭的力学性能(保温24h)
铸锭规格/mm | 性能 | 均 火 温 度 | |||||||
400℃ | 420℃ | 440℃ | 460℃ | 470℃ | 475℃ | 480℃ | 500℃ | ||
φ172 | σ0.2/MPa | 308.7 | 316.5 | 352.8 | 355.7 | 348.9 | 359.7 | 354.8 | 342.0 |
σb/MPa | 315.6 | 335.2 | 388.1 | 425.3 | 427.3 | 426.3 | 415.5 | 295.0 | |
δ/% | 4.1 | 4.7 | 4.8 | 9.2 | 9.3 | 9.5 | 10.0 | 7.3 | |
φ200 | σ0.2/MPa | 304.8 | 322.4 | 341.0 | 352.8 | 356.7 | 357.7 | 357.7 | 352.3 |
σb/MPa | 304.4 | 323.4 | 342.0 | 372.4 | 378.3 | 375.3 | 373.4 | 364.6 | |
δ/% | 0.7 | 0.8 | 1.3 | 2.0 | 2.5 | 3.3 | 3.5 | 3.3 | |
φ300 | σ0.2/MPa | 308.7 | 307.7 | 340.1 | 351.8 | 356.3 | 355.7 | 365.5 | 344.9 |
σb/MPa | 307.7 | 308.7 | 345.7 | 353.7 | 363.7 | 373.4 | 370.4 | 346.9 | |
δ/% | 1.3 | 1.2 | 1.5 | 2.7 | 3.5 | 3.5 | 4.0 | 2.7 | |
φ420 | σ0.2/MPa | 225.4 | 266.6 | 294.9 | 294.8 | 340.9 | 343.0 | 338.9 | 320.5 |
σb/MPa | 225.9 | 267.6 | 296.0 | 303.8 | 342.9 | 343.0 | 340.2 | 323.5 | |
δ/% | 2.3 | 2.2 | 2.7 | 2.7 | 3.7 | 3.8 | 4 | 3.3 |
表3:6063合金均火铸锭性能(保温12h)
均火温度/℃ | σb/MPa | σ0.2/MPa | δ/% |
510 | 147.0 | 105.8 | 27.3 |
530 | 156.8 | 98.0 | 31.3 |
540 | 152.9 | 103.9 | 32.1 |
550 | 152.9 | 100.9 | 32.4 |
560 | 163.7 | 104.9 | 33.7 |
570 | 166.6 | 124.5 | 33.2 |
580 | 164.6 | 117.6 | 34.3 |
590 | 167.6 | 119.6 | 34.2 |
600 | 157.8 | 112.7 | 29.3 |
620 | 129.4 | 90.0 | 22.9 |