前言： 

5A01鋁合金是一種高強度并且具有優異的耐腐蝕性能、耐沖擊性能，應用于船舶制造業時，不僅能夠滿足設計的強度要求，還能使得船舶整體重量下降節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、回收率高等顯著優點。以鋁代鋼在現代船舶生產制造業中已成為一種大趨勢。而在實際生產當中，由于工藝與現場生產控制等問題，5A01鋁合金的生產過程控制存在一定不合理之處，產品合格率受到一定影響。本文從實際生產角度出發，研究了5A01鋁合金在生產中的均勻化熱處理過程中的性能與組織變化，用以指導實際生產工藝控制。

1  實驗方案

實驗采用5A01鋁合金成分如表 1所示，符合GB/T 3190-2008規定，在熔煉過程中采用新型熔體純凈化工藝，嚴格控制其中雜質的含量，避免雜質對后續加工產生帶來的不利影響。熔煉好的實驗合金鋁液在線加入適量晶粒細化劑，于半連續水平鑄造機上鑄造成Φ90的圓鑄錠，獲取高質量的熔鑄鑄錠。

表1 5A01鋁合金的化學成分（質量百分比/%）

制備好的實驗鑄錠，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驗樣品。對不同工藝處理得到的樣品進行硬度、電導率、拉伸力學性能、金相顯微組織、X射線衍射分析和透射電子顯微分析，并對實驗結果進行比對研究。

2  實驗結果

2.1 力學性能

鑄態5A01鋁合金室溫拉伸力學性能見表 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，拉伸力學性能和電導率見表 3。

表2 5A01鋁合金鑄態拉伸力學性能表

2.2 金相組織觀察

鑄態及大生產均勻化處理態合金金相組織如圖 1所示。可以看出，鑄態合金存在明顯的枝晶偏析，成分分布不均勻，晶界間存在網狀低熔點共晶化合物，晶粒粗大，晶粒內分布有一些較粗大的第二相粒子；經均勻化熱處理后，枝晶偏析消除，晶間低熔點共晶化合物溶解，晶粒內第二相粒子析出增多，且彌散度更高，第二相附近出現白色亮點區域。

圖1 鑄態和大生產均勻化處理態金金相（100 X）

a)鑄態，b)鑄態，c)470℃/24h，d)470℃/24h

2.3 X射線衍射分析

鑄態及均勻化合金X射線物相分析如圖2所示。可以看出鑄錠中除基體相Al基體外，還存在少量Mg2Al3和Mg5Al8。經均勻化熱處理后析出了MnAl6相，而Mg5Al8溶解。

圖2 鑄態及均勻化處理態合金XRD分析

a) 鑄態，b) 均勻化處理態

圖3 合金透射顯微組織分析

a) 鑄態，b)450℃/24h均勻化，c) 470℃/24h均勻化

對均勻化處理態合金進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，鑄態合金除了少量平衡相外，接近于單相固溶體；由于常溫時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，合金經高溫長時間的均勻化處理之后固溶體發生分解，一部分Mn以MnAl6形式沉淀析出，隨機分布在鋁基體中。450℃/24h均勻化MnAl6第二相粒子析出密度最大而且比較細小，470℃/24h均勻化，比較細小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。這個結果與圖2 XRD分析結果是一致的。

由圖3可知，合金材料經過470℃/24h均勻化熱處理后，枝晶偏析消除，晶間共晶化合物，雜質相溶解，晶粒細化，鑄態合金內應力消除，第二相粒子析出，且第二相粒子附件出現偏聚，合金材料綜合力學性能得到改善。

在均勻化熱處理過程中，β相（Mg5Al8）溶解，則5A01鋁合金中Mg以固溶狀態存在，由于Mg析出困難，核心少，析出相大，因而合金的時效強化效果低，均勻化處理合金強度增幅不大。晶內析出第二相粒子MnAl6增多，板條形的MnAl6粒子在生長過程中表現為擇優生長，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定性。這種MnAl6粒子對位錯和亞晶界有很好的釘扎作用，起到第二相強化和晶粒細化的作用，從而提高合金的強度，同時MnAl6為脆性化合物，合金變形時容易開裂，且與基體非共格，其強化效應相對較弱，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 結論

本文通過布氏硬度計、渦流電導儀、萬能力學試驗機、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驗儀器研究分析了我廠在5A01鋁合金實際生產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制，制定最佳的均勻化熱處理制度，為生產優質5A01鋁合金產品打好基礎。

（1）鑄態5A01鋁合金在470℃/24h均火制度下均勻化熱處理后，鑄態5A01鋁合金快速凝固時造成的晶內偏析消失，合金元素擴散分布均勻，由于偏析和晶界及枝晶網絡間存在的低熔點共晶組織和金屬間化合物溶解，鑄態合金內應力消除，晶粒細化，晶內第二相析出且分布彌散度較好，改善了合金的力學性能和加工性能。

（2）5A01鋁合金合宜的鑄錠均火制度為460～475℃/24h。