7A52铝合金轧制厚板探伤缺陷分析

王 军，李 霜

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆401326）

0 前言

7A52铝合金属于不含Cu的Al-Zn-Mg系合金，具有良好的热变形性能、高的比强度和比刚度[1]。该合金淬火范围宽，在适当的热处理条件下能达到较高的强度、良好的焊接性能和耐蚀性，有一定的应力腐蚀倾向，是高强可焊铝合金，被广泛应用于航空航天、车辆和装备领域[2]。

铝及其合金在熔炼过程中，铝熔体中存在夹杂物、气体等，影响熔体纯净度，导致铸锭易产生气泡、气孔、夹杂、疏松、裂纹等缺陷[3]。铝合金疏松缺陷分气体疏松和收缩疏松。熔体中未除去的氢气含量较高时，气体被隐藏在枝晶间隙内，随着结晶的进行，枝晶互相搭接形成骨架，枝晶间的气体和凝固时析出的气体无法逸出而集聚，结晶后这些气体占据的位置成为空腔，形成气体疏松。在金属铸造结晶时，从液态凝固成固态，体积收缩，在树枝晶杈之间固、液体金属补缩不足而形成的空腔即为收缩疏松。在实际生产中，合金铸锭在加工变形后，铸锭内部的疏松缺陷有的变成了裂纹缺陷，有的仍然保持疏松组织原貌[4-6]。

7A52铝合金在轧制加工生产中，在合金厚板材宽度方向上距板材边部约120～200mm范围内、板材厚度的（30±2）mm处，经探伤发现板材内部存在裂纹缺陷，该缺陷严重破坏了合金基体组织的连续性。因此，需对合金板材的探伤缺陷开展定性分析，观察其宏观形貌、显微组织等，分析缺陷产生的原因，为7A52铝合金厚板生产工艺的制定提供参考。

1 试验材料和方法

试验材料取自经探伤后7A52铝合金轧制厚板的缺陷部位，具体取样是在合金厚板材宽度方向上距板材边部约120～200mm 范围内、板材厚度的（30±2）mm 处取样。采用体视镜、光学电子显微镜、扫描电子显微镜对合金材料进行检测分析。将低倍试样浸蚀后进行宏观观察；试样经磨制后观察其高倍组织；在扫描电镜下观察样品缺陷部位。

2 试验结果

2.1 低倍组织

将样品的横截面铣面后进行低倍浸蚀，然后观察其低倍形貌。样品心部存在较多小裂口，其形貌见图1。

2.2 金相分析

在样品缺陷部位取样磨制成高倍试样，其典型显微组织见图2。由图2可知，样品多在三角晶界处呈裂口状。

2.3 扫描电镜分析

在扫描电镜下观察样品缺陷部位，其典型形貌特征见图3。由图3看出，在样品缺陷部位流线已存在变形，缺陷部位存在小裂口。

3 分析及讨论

在轧制过程中，厚板会产生一定量的宽展变形。这种变形一般表现为：板材边部近表层区域变形最大，到心部逐渐减小，直到板厚的中间区域“零”宽展变形，使板材边部形成中部凹陷的“腰鼓”形状（见图4）。由于金属横向变形程度的不一致，在“零”变形区和宽展变形区之间必然存在金属流变引起的张应力。应力的大小取决于宽展变形区与“零”变形区之间变形量的差值；应力的分布特征表现为距边部“零”距离时最小，随着距边部距离的增加而变大，到达峰值后随金属宽展变形程度的减弱而变小，直至“零”宽展变形点时，张应力回复到零点（见图4）。

当张应力的大小超过金属薄弱点（如枝晶界、显微疏松）强度时，即会造成该点金属拉裂，形成局部微裂纹缺陷。微裂纹随应力增加而扩大直至形成探伤可见“缺陷”，随进一步热轧变形而“焊合”成探伤不可见“缺陷”。

4 结论

对样品缺陷部位的宏观、显微形貌特征进行的综合分析结果表明，在轧制过程中板材边部发生的宽展变形是因板材表层与芯部的宽展变形不均匀，导致板材形成局部应力集中所致。疏松缺陷破坏了基体材料的连续性，此处材料强度较低，当应力超过所在位置的材料强度时，产生局部裂纹，当裂纹尺寸足够大时就形成了探伤缺陷。