前言： 

5A01鋁合金是一種高強(qiáng)度并且具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、耐沖擊性能，應(yīng)用于船舶制造業(yè)時(shí)，不僅能夠滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求，還能使得船舶整體重量下降節(jié)約能源消耗與提升有效載荷，零部件薄壁化、工序減少、裝配效率高、回收率高等顯著優(yōu)點(diǎn)。以鋁代鋼在現(xiàn)代船舶生產(chǎn)制造業(yè)中已成為一種大趨勢。而在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，由于工藝與現(xiàn)場生產(chǎn)控制等問題，5A01鋁合金的生產(chǎn)過程控制存在一定不合理之處，產(chǎn)品合格率受到一定影響。本文從實(shí)際生產(chǎn)角度出發(fā)，研究了5A01鋁合金在生產(chǎn)中的均勻化熱處理過程中的性能與組織變化，用以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)工藝控制。

1  實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)采用5A01鋁合金成分如表 1所示，符合GB/T 3190-2008規(guī)定，在熔煉過程中采用新型熔體純凈化工藝，嚴(yán)格控制其中雜質(zhì)的含量，避免雜質(zhì)對(duì)后續(xù)加工產(chǎn)生帶來的不利影響。熔煉好的實(shí)驗(yàn)合金鋁液在線加入適量晶粒細(xì)化劑，于半連續(xù)水平鑄造機(jī)上鑄造成Φ90的圓鑄錠，獲取高質(zhì)量的熔鑄鑄錠。

表1 5A01鋁合金的化學(xué)成分（質(zhì)量百分比/%）

制備好的實(shí)驗(yàn)鑄錠，按照430、450、470、490、510、530℃加熱溫度條件下分別保溫16h、24h、36h，不同均勻化熱處理工藝處理后得到實(shí)驗(yàn)樣品。對(duì)不同工藝處理得到的樣品進(jìn)行硬度、電導(dǎo)率、拉伸力學(xué)性能、金相顯微組織、X射線衍射分析和透射電子顯微分析，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)研究。

2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 力學(xué)性能

鑄態(tài)5A01鋁合金室溫拉伸力學(xué)性能見表 2。在430、450、470、490、510、530℃加熱溫度條件下分別保溫16h、24h、36h，不同均勻化熱處理工藝，均勻化5A01鋁合金的硬度，拉伸力學(xué)性能和電導(dǎo)率見表 3。

表2 5A01鋁合金鑄態(tài)拉伸力學(xué)性能表

2.2 金相組織觀察

鑄態(tài)及大生產(chǎn)均勻化處理態(tài)合金金相組織如圖 1所示?？梢钥闯觯T態(tài)合金存在明顯的枝晶偏析，成分分布不均勻，晶界間存在網(wǎng)狀低熔點(diǎn)共晶化合物，晶粒粗大，晶粒內(nèi)分布有一些較粗大的第二相粒子；經(jīng)均勻化熱處理后，枝晶偏析消除，晶間低熔點(diǎn)共晶化合物溶解，晶粒內(nèi)第二相粒子析出增多，且彌散度更高，第二相附近出現(xiàn)白色亮點(diǎn)區(qū)域。

圖1 鑄態(tài)和大生產(chǎn)均勻化處理態(tài)金金相（100 X）

a)鑄態(tài)，b)鑄態(tài)，c)470℃/24h，d)470℃/24h

2.3 X射線衍射分析

鑄態(tài)及均勻化合金X射線物相分析如圖2所示?？梢钥闯鲨T錠中除基體相Al基體外，還存在少量Mg2Al3和Mg5Al8。經(jīng)均勻化熱處理后析出了MnAl6相，而Mg5Al8溶解。

圖2 鑄態(tài)及均勻化處理態(tài)合金XRD分析

a) 鑄態(tài)，b) 均勻化處理態(tài)

圖3 合金透射顯微組織分析

a) 鑄態(tài)，b)450℃/24h均勻化，c) 470℃/24h均勻化

對(duì)均勻化處理態(tài)合金進(jìn)行透射顯微組織分析，觀察析出相及其大小均化化合金透射電子組織分析如圖3所示。由圖3可以看出，鑄態(tài)合金除了少量平衡相外，接近于單相固溶體；由于常溫時(shí)Mn在Al中的極限固溶小于0.5%，5A01鋁合金中Mn的含量為0.7%，鑄錠均勻化處理過程中，合金經(jīng)高溫長時(shí)間的均勻化處理之后固溶體發(fā)生分解，一部分Mn以MnAl6形式沉淀析出，隨機(jī)分布在鋁基體中。450℃/24h均勻化MnAl6第二相粒子析出密度最大而且比較細(xì)小，470℃/24h均勻化，比較細(xì)小MnAl6又回溶到基體固溶體中，MnAl6第二相粒子密度降低，尺寸增大。這個(gè)結(jié)果與圖2 XRD分析結(jié)果是一致的。

由圖3可知，合金材料經(jīng)過470℃/24h均勻化熱處理后，枝晶偏析消除，晶間共晶化合物，雜質(zhì)相溶解，晶粒細(xì)化，鑄態(tài)合金內(nèi)應(yīng)力消除，第二相粒子析出，且第二相粒子附件出現(xiàn)偏聚，合金材料綜合力學(xué)性能得到改善。

在均勻化熱處理過程中，β相（Mg5Al8）溶解，則5A01鋁合金中Mg以固溶狀態(tài)存在，由于Mg析出困難，核心少，析出相大，因而合金的時(shí)效強(qiáng)化效果低，均勻化處理合金強(qiáng)度增幅不大。晶內(nèi)析出第二相粒子MnAl6增多，板條形的MnAl6粒子在生長過程中表現(xiàn)為擇優(yōu)生長，在與基體共格的晶面方向上，生長受限，而在與共格晶面垂直的方向上生長較快。板條形MnAl6相具有一定的高溫穩(wěn)定性。這種MnAl6粒子對(duì)位錯(cuò)和亞晶界有很好的釘扎作用，起到第二相強(qiáng)化和晶粒細(xì)化的作用，從而提高合金的強(qiáng)度，同時(shí)MnAl6為脆性化合物，合金變形時(shí)容易開裂，且與基體非共格，其強(qiáng)化效應(yīng)相對(duì)較弱，添加過渡元素錳降低了合金的延伸率，故合金均勻化處理后合金延伸率增加幅度不大。

3 結(jié)論

本文通過布氏硬度計(jì)、渦流電導(dǎo)儀、萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、金相顯微鏡、X射線衍射分析儀、透射電子顯微鏡等高精密實(shí)驗(yàn)儀器研究分析了我廠在5A01鋁合金實(shí)際生產(chǎn)中不同均勻化熱處理工藝后的性能與組織，探究5A01鋁合金在均勻化處理過程中性能變化同微觀組織變化之間的作用機(jī)制，制定最佳的均勻化熱處理制度，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)5A01鋁合金產(chǎn)品打好基礎(chǔ)。

（1）鑄態(tài)5A01鋁合金在470℃/24h均火制度下均勻化熱處理后，鑄態(tài)5A01鋁合金快速凝固時(shí)造成的晶內(nèi)偏析消失，合金元素?cái)U(kuò)散分布均勻，由于偏析和晶界及枝晶網(wǎng)絡(luò)間存在的低熔點(diǎn)共晶組織和金屬間化合物溶解，鑄態(tài)合金內(nèi)應(yīng)力消除，晶粒細(xì)化，晶內(nèi)第二相析出且分布彌散度較好，改善了合金的力學(xué)性能和加工性能。

（2）5A01鋁合金合宜的鑄錠均火制度為460～475℃/24h。