１试验过程
铝铸轧带坯生产工艺为：电解铝液＋冷料→熔炼→精炼、扒渣→转入保温炉→精炼、扒渣→在线除气→变质处理→过滤→铸轧成板带材→板带材缺陷控制→热处理。分别从每道生产工序中取样，即：精炼前、一次精炼后、保温炉内、二次精炼后、除气箱内、变质处理、自然时效、去应力退火、再结晶退火等９种状态取样并制备成金相试样。取样方法：熔体处理试样由８０１１合金浇成的小铸坯上取切，观察面为试块的中心截面。热处理试样由厚度为６ｍｍ的８０１１合金铸轧板坯制成，观察面为垂直于轧面的横截面。
２试验结果与分析
２．１试样热处理前组织分析
图１为熔体处理前试样的显微组织。可以看出，此状态下铸态晶粒组织较为粗大，粒度不均匀，其中杂质颗粒较多，枝晶尺寸较为粗大；从变形铝合金金相图［４］可知，８０１１铝合金铸锭中第二相为树枝状初生Ａｌ１２Ｆｅ３Ｓｉ相及共晶体中骨架状的Ａｌ１２Ｆｅ３Ｓｉ相（见图１ｂ中箭头１），以及针状或片状Ａｌ３Ｆｅ（见图１ｂ箭头２）。图２为８０１１合金精炼后的组织。从图２ａ、图２ｂ可以看出，经过一次精炼处理后杂质含量有所减少，但是晶粒尺寸略有增大。由于杂质在一次精炼时去除的并不彻底，所以对铝液进行二次精炼，可以看出，杂质颗粒几乎完全消失，见图２ｃ和图２ｄ。晶粒尺寸也有所细化，粒度也较为均匀。针状或片状Ａｌ３Ｆｅ相有所增多，见图２ｄ中箭头２。图３为８０１１合金在二次精炼及除气后的显微组织。从图３可以看出，晶粒细化并过滤后的晶粒尺寸显著减小，晶粒尺寸为１０～４０μｍ，同时晶粒的尺寸分布也较之前的更加均匀；枝晶也变得细小而均匀。
２．２试样热处理后组织
热处理试样为６ｍｍ厚的８０１１合金轧制态板带，其状态分别为自然时效（室温４８ｈ）、去应力退火和再结晶退火。（１）自然时效在室温下经过一定时间的自然时效，由于过饱和固溶体的室温析出，此时合金的强度和硬度比铸造冷却后更高，强度达１３５～１４０ＭＰａ。图４为８０１１连续铸轧铝合金板经过自然时效后的显微组织，其中图４ａ中箭头方向为轧制方向。可以看出，主要第二相为共晶体中骨架状的Ａｌ１２Ｆｅ３Ｓｉ（见图４ｂ中箭头１处），其组织沿着垂直于轧制的方向产生压缩变形，但是变形方向差异较大，变形程度较小；晶粒尺寸为８～２０μｍ，较之前变质处理后晶粒尺寸更加细小；第二相的析出较为均匀，但是有部分粗大第二相产生，析出强化作用较好。（２）去应力退火将变形后的铝合金板件加热到再结晶温度以下２３０℃，保温６ｈ后冷却，使工件发生回复，从而消除残余内应力，但仍保留冷作硬化效果。图５为经过去应力退火后试样的显微组织。可以看出其组织较为致密，没有出现明显的再结晶现象；存在较为严重的晶间偏析现象，其中晶间偏析产生的第二相较为粗大。（３）再结晶退火将变形后的铝合金板件加热到再结晶温度以上４００℃，保温６ｈ，使变形晶粒重新形核，转变为均匀细小的等轴晶粒；通常在铸轧、冷轧后进行退火，以实现组织均匀化［５］。图６为再结晶退火后合金的金相组织。对比图５可以看出，被压缩的晶粒已完全再结晶，生成粒度较为均匀的等轴晶粒，压缩变形有所改善，纤维组织被再结晶晶粒所代替；同时偏析现象有所改善。
２．３不同厚度铝合金板轧制后组织与性能
在连续铸轧成品板材上截取试样，用于进行拉伸试验。共有６种厚度，每种厚度取３个试样，以减小误差，其厚度分别为：０．２７、０．５、０．９、１．６、２．６、４．０ｍｍ。
２．３．１合金力学性能测试与分析
图７为轧制厚度对合金力学性能的影响。随着试样厚度的增加，拉伸试样的最大拉应力随之增大。当试样的厚度由０．２７ｍｍ增加到０．５ｍｍ时，抗拉强度上升并出现最大值，之后随着试样厚度的增加，试样抗拉强度随之下降；可以看出，其抗拉强度整体呈下降趋势。当试样的厚度增大时，其伸长率随之上升。
２．３．２合金铸轧板冷轧加工后的组织
从不同厚度的８０１１铸轧板材拉伸试样上截取金相试样。每种厚度的取２个，观测其外轧制面以及垂直于轧制面的横截面的显微组织。（１）轧制面组织图８为不同厚度８０１１铝合金连续铸轧板材的轧制面组织，双向箭头为轧制方向。分析发现，晶粒变扁并沿轧向拉长，并含有许多析出相粒子，呈现一定的纤维组织，同时晶间网格化合物都有一定程度的破碎，破碎化合物沿轧制方向排列；从４．０到０．２７ｍｍ，随着轧制后厚度的减小，其纤维组织由清晰变得模糊，晶间网格化合物破碎程度越来越大，破碎化合物的方向性也由排列明显而趋向于排列不明显。组织特征表现出Ａｌ１２Ｆｅ３Ｓｉ（骨骼状或枝条状）和Ａｌ基体中析出大量β－Ａｌ９Ｆｅ２Ｓｉ２等相的质点。（２）横截面组织图９为不同厚度的８０１１合金连续铸轧板材的横截面组织，双向箭头为轧制方向。观察发现：①晶粒组织沿着垂直于轧制面的方向，受到不同程度的压缩变形，含有许多析出相粒子，同时晶粒都有一定程度的破碎，破碎化合物沿轧制方向排列；②随着其轧制后厚度的减小，晶粒的破碎程度越来越严重，消除了铸造组织，趋于弥散状态。
２．３．３合金拉伸试样断口分析
图１０为８０１１合金不同轧制厚度的断口ＳＥＭ形貌。由图１０可以看出，断口可见明显的韧窝，呈现出明显的韧性断裂特征。韧窝是在基体与强化相或夹杂物之间的界面处形成的，韧窝的形状与深度与成核质点尺寸、质点间的距离、板材的断裂韧度及与外加应力有关，且随厚度的增加韧窝加深、等轴韧窝增加，伸长率提高，随厚度的减薄韧窝变浅、等轴韧窝减少，抗拉强度提高，这也说明存在压延加工硬化和强化现象［７］。
３结论
（１）经两次精炼、除气、过滤使铝熔体进一步净化，得到合格的铝熔体。（２）变质处理能够使晶粒更加均匀、细化。（３）经冷轧使板带加工硬化，强度提高、伸长率略有降低，但随着变形量的增大，内部组织均匀、晶粒细化。（４）再结晶热处理是消除加工硬化、保证板带深加工的有效办法。
作者：马焕楠 单位：河南理工大学材料科学与工程学院
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