7xxx铝合金的微观组织(金相分析)

摘要材料在复杂的服役环境中可能受到各种不同载荷的作用，对材料在不同加载条件下力学行为的研究是完善材料开发、应用以及进行新材料及结构设计的基础。

目前，国内对7005 铝合金的研究尚处于初级阶段，对于这类新型高性能铝合金在动态加载条件下的力学行为研究仍然十分匮乏。

另外，作为目前研究材料动态力学行为最为常用的实验设备——分离式霍普金森压杆（SHPB）和分离式霍普金森拉杆（SHTB）。

本实验研究热处理之后的七系铝合金的动态力学性能。

首先对7005铝合金分别进行固溶，时效，回归，再时效等不同的热处理工艺在动态应变下力学行为和响应，采用分离式Hopkinson 压杆装置对7005 铝合金试件分别进行动态压缩，利用光学显微镜对压缩后试件进行了微观组织观察。

最后结论发现试件在固溶时效。

回归温度180℃升温10min保温30min 时在应变为0.013 时才到达应力123.6MPa。

（应力随应变变化的最快，但是达到的最大应力在所有试验中时最小的）。

关键词动态加载; 分离式霍普金森压杆; 七系铝合金; 微观组织AbstractMaterials will be subjected by various loads in complicated application environment; so,studying the mechanical properties of the materials under different loading conditions is the basis for application and design of the materials. At present, the research on 7005 aluminum alloy is just at the starting stage in China, and the research on the mechanical behaviors of 7005 aluminum alloy under different loading conditions is still very scarce. Meanwhile, the split Hopkinson pressure bar (SHPB) and the split Hopkinson tensile bar (SHTB) are the most commonly used test equipments of dynamic mechanics. The dynamic mechanical properties of the seven-series aluminum alloy after heat treatment were studied. Firstly, 7005 aluminum alloy was subjected to different heat treatment processes, such as solid solution, aging, regression and re-aging, respectively. Under dynamic strain, the 7005 aluminum alloy specimens were dynamically compressed by separate Hopkinson bar, The microstructures were observed after compression. Finally, the specimen in solid solution, and the regression temperature 180 ℃（Warming up for ten minutes Hold for ten minutes）shows that the stress reaches 123.6MPa when the strain is 0.013 . (Stress is the fastest change with strain, but the maximum stress reached is the smallest in all trials).Key words dynamic loading; separate Hopkinson pressure bar; 7××× aluminum alloy; microstructure目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 铝元素简介 (3)1.2.1 一系到六系铝合金简介 (3)1.2.2 七系铝合金发展概述 (4)1.3 铝合金的热处理工艺 (4)1.3.1 铝合金固溶工艺 (5)1.3.2 铝合金时效工艺 (5)1.3.3 热处理时的沉淀顺序 (7)1.4 铝合金显微组织 (7)1.4.1 7xxx系铝合金显微表征技术 (7)1.4.2 7 xxx系铝合金缺陷及研究方向 (8)1.5 霍普金森杆技术综述 (8)1.5.1 霍普金森杆装置的构造 (8)1.5.2 霍普金森杆装置实验的原理 (9)1.5.3 霍普金森杆实验的要求 (9)1.5.4 霍普金森杆的国内外研究现状 (10)1.6 7xxx系铝合金动态力学性能研究的意义 (11)2 实验部分 (12)2.1实验材料的准备 (12)2.2 7005铝合金的热处理 (12)2.2.1固溶处理 (13)2.2.2回归再时效处理 (13)2.3 试件霍普金森杆实验 (14)2.3.1 实验材料的准备 (14)2.3.2 实验装置的连接 (14)2.3.3 应变片的粘贴与连接 (14)2.3.4 计算机上调试软件 (16)2.3.5 冲击试样和操作时注意事项 (18)2.4 波形分析的计算机操作 (18)2.4.1 波形的预处理 (18)2.4.2 软件分析波形 (19)2.5 切试件磨金相 (20)3 分析与讨论 (21)3.1 流动应力分析 (21)3.1.1 固溶和时效对动态力学性能的影响 (21)3.1.4回归180℃对动态力学性能的影响 (24)3.2 微观组织分析 (25)4 结论 (29)5 致谢 (30)参考文献 (31)附录A (33)附录B (40)1 绪论1.1 课题研究背景材料的力学性能是十分复杂的,它依赖于许多因素。

铝合金金相组织图王元瑞 上海材料研究所检测中心（上海200437） 1材料：AC4CHV组织说明：α(Al)+(α+Si)共晶+极少量Mg2Si和S(Al2CuMg)+少量长条针状β(Al9Fe2Si2)相抛光态形貌500× β(Al9Fe2Si2)相(20%硫酸水溶液) 500× Mg2Si相(25%硝酸水溶液) 500×2 材料：LY-12CZ组织说明：α(Al)基体上有褐色的可溶的强化相S(Al2CuMg)和Al2Cu及不可溶的黑色的杂质相Al6(FeMnSi)，晶粒沿变形方向伸长抛光态形貌500× 腐蚀态(混合酸水溶液)形貌 500×3 材料：A390组织说明：α(Al)+(α+Si)共晶+块状相的初生Si+S(Al2CuMg)及少量针状(Al-Fe-Si)等杂质Fe相抛光态形貌500× S(Al2CuMg)相(25%硝酸水溶液) 500× Al-Fe-Si相(20%硫酸水溶液) 500×4 材料：T B -2 M组织说明：α(Al)+(α+Si)共晶+块状相的初生Si +鱼骨状 Mg 2Si 和蜂窝状S(Al 2CuMg)+少量细短针状Β(Al 9Fe 2Si 2)相抛光态形貌 500× Mg 2Si 相(25%硝酸水溶液) 500× S(Al 2CuMg)相(20%硫酸水溶液) 500×5 材料：ADC-12 组织说明：α(Al)+(α+Si)共晶+少量Al 2Cu+少量Mg 2Si+杂质AlFeMnSi 和细针状T(Al 2FeSi 2)相抛光态形貌 500× AlFeMnSi 相(混合酸) 500× Mg 2Si 相(20%硫酸水溶液) 500×6 材料：YL102 组织说明：α(Al)+(α+Si)共晶+少量块状初生Si+杂质针状β(Al 9Fe 2Si 2)相和粗针状Al 3Fe 相抛光态形貌 500× Al 3Fe 相(20%硫酸水溶液) 500× β(Al 9Fe 2Si 2)相(0.5%HF 水溶液) 500×。

显微组织图册1、4032挤压棒：500X下共晶硅（灰色相）尺寸---正常组织状态：H112 腐蚀时间：15-25S2、4032铸棒：铸态（共晶硅呈灰色条状，成团簇状）均质（共晶硅灰色圆形均匀分散在样品上初晶硅一般＞20um2、合金：3003 状态：均质腐蚀时间：20-30S200X 正常组织500X 正常组织正常组织（抛痕严重）3、合金：6005 /6005A 状态：均质腐蚀时间：30-40S200X 正常组织500X正常组织正常组织（抛光效果不好）4、合金：6061 状态：均质腐蚀时间：30-40S200X正常组织500X正常组织200X均质效果不佳500X均质效果不佳腐蚀时间过短，境界不明显5、合金：6063 状态：均质腐蚀时间：30-40S200X正常组织500X正常组织拖尾严重---抛一段时间后旋转180度，可避免此类事件发生磨痕（研磨效果不佳）6、合金：6088B 状态：均质腐蚀时间：30-40S200X正常组织500X正常组织200X均质效果不佳200X均质效果不佳7、合金：6B10 状态：均质腐蚀时间：30-40S200X正常组织200X正常组织500X正常组织腐蚀时间过长腐蚀时间过短，晶界不明显9、合金：YF66C（同时测量晶粒尺寸）状态：均质腐蚀时间2-3minYF66F 200X正常组织YF66F 500X正常组织YF66H 100X 过烧组织YF66H 200X 过烧组织YF66H 200X 过烧组织11、合金：7032 状态：均质腐蚀时间：40-50S200X正常组织（未均质，已腐蚀15S）500X正常组织（未均质，已腐蚀15S）200X正常组织（未均质，未腐蚀）200X正常组织（未均质，未腐蚀）12、锻件合金：4032 腐蚀时间：15-25S模锻件状态：T6 状态：均火态状态：H11213、锻件合金：6B10 腐蚀时间：30-35S（正常组织）模锻件状态：T6 200X 模锻件状态：T6 500X 14、板材合金6XXX 图中黑点：未固溶相（正常组织）15、锻件4032 过烧16、铸锭YF66CM 过烧。

实验1.31.4铝合金金相组织的观察及力学性能测定一、实验目的1. 巩固制备金相试样的方法与技术2. 了解各种加工工艺对铝合金显微组织以及力学性能（硬度）的影响二、实验内容1.对4种试样进行硬度测试本次试验采用的是TH320全洛氏硬度计。

洛氏硬度的试验原理：将压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）分两个步骤，在初试验力F 和主试验力F 先后作用下，压入试样表面，保持一定时间，卸除主试验方，保留初试验力，此时的压入深度为h ，在初试验力作用下的压入深度为h ，它们之差e （^h ）来表示压痕深度的永久增量。

每压入0.002mm 为一个洛氏硬度单位。

°洛氏硬度试验原理图如图1所示样品测试面需要经过200号水砂纸磨光，以满足测试得粗糙度要求。

背面平整，测试面与背面没有明显歪斜。

测试过程中，总试验力的保持时间：5s ；主试验力卸除时间：2s 。

之所以选择5s 的总试验力保持时间，是考虑样品较软，但又没有明确的实验表明，铝合金样品在硬度测试过程中存在缓慢变形的明确说法，所以，选择居中的时间6至7s ，也是可以的。

本次实验所涉及的样品中内应当包括：铸态、固溶处理、固溶处理+轧制、固溶处理+轧制+时效，4种样品。

每个样品至少测试4点，第一点不计。

两相邻压痕中心之间的距离至少应为压痕直径的4倍，并且不应小于2mm ；任一压痕中心距离试样边缘的距离至少应为压痕直径的2.5倍，并且不应小于1mm 。

分别记录4种样品的硬度数据，并结合之后所观察得到的金相组织作出恰当分析。

2.制备、观察4种金相试样。

本次实验制备、显示一个样品，此样品是在之前的课程中制作的。

样品涉及4种工艺，具体参见下表： 工艺 编号 说明 铸造状态 1 每位学样品制备合格后， 固溶处理 2 除了察自己的样品，还需 固溶处理+轧制 3 要观察其他同学制备的其他固佑处J 效轧制+时 43种工艺的样品。

领取属于自己的铝合金样品后，按照金相样品制备的一般要求进行。

7系铝时效析出相
6XXX系铝合金时效析出如下几种相：
1、合金γ相：在6XXX系铝中，晶格结构变为正六方面体结构，即γ（AlMn）相，为具有高强度的铝合金相之一。

2、合金α相：在6XXX系铝中，晶格结构呈现长方体形，即弱强聚α（AlCu）相，为经典的双熔相。

3、合金β相：在6XXX系铝中，因铝中含有丰富的Mn、Si、Mg 等，所以晶格结构呈现正八方体结构，即高强度的β（Al-Mg-Si）相。

4、软相：6XXX系铝中也含有氮、铬等重元素，形成氮碳化物，具有良好的滑腻性，即软相。

以上就是6XXX系铝合金时效析出的相类型，各个相的数量和比例可以经过金相组成分析得到。

铝合金金相组织图1材料：AC4CHV组织说明：α(Al)+(α+Si)共晶+极少量Mg2Si和S(Al2CuMg)+少量长条针状β(Al9Fe2Si2)相抛光态形貌500× β(Al9Fe2Si2)相(20%硫酸水溶液) 500× Mg2Si相(25%硝酸水溶液) 500×2 材料：LY-12CZ组织说明：α(Al)基体上有褐色的可溶的强化相S(Al2CuMg)和Al2Cu及不可溶的黑色的杂质相Al6(FeMnSi)，晶粒沿变形方向伸长抛光态形貌500× 腐蚀态(混合酸水溶液)形貌 500×3 材料：A390组织说明：α(Al)+(α+Si)共晶+块状相的初生Si+S(Al2CuMg)及少量针状(Al-Fe-Si)等杂质Fe相抛光态形貌500× S(Al2CuMg)相(25%硝酸水溶液) 500× Al-Fe-Si相(20%硫酸水溶液) 500×4 材料：T B -2 M组织说明：α(Al)+(α+Si)共晶+块状相的初生Si +鱼骨状 Mg 2Si 和蜂窝状S(Al 2CuMg)+少量细短针状Β(Al 9Fe 2Si 2)相抛光态形貌 500× Mg 2Si 相(25%硝酸水溶液) 500× S(Al 2CuMg)相(20%硫酸水溶液) 500×5 材料：ADC-12 组织说明：α(Al)+(α+Si)共晶+少量Al 2Cu+少量Mg 2Si+杂质AlFeMnSi 和细针状T(Al 2FeSi 2)相抛光态形貌 500× AlFeMnSi 相(混合酸) 500× Mg 2Si 相(20%硫酸水溶液) 500×6 材料：YL102 组织说明：α(Al)+(α+Si)共晶+少量块状初生Si+杂质针状β(Al 9Fe 2Si 2)相和粗针状Al 3Fe 相抛光态形貌 500× Al 3Fe 相(20%硫酸水溶液) 500× β(Al 9Fe 2Si 2)相(0.5%HF 水溶液) 500×。

一、实验名称铝金相分析二、实验目的1. 掌握铝金相试样的制备方法。

2. 学习使用金相显微镜观察和分析铝的显微组织。

3. 了解铝的成分、组织结构与其性能之间的关系。

4. 结合理论，加深对金属材料微观结构的认识。

三、实验原理金相分析是一种利用光学显微镜观察金属材料的显微组织结构的方法。

通过制备金相试样，并在金相显微镜下观察，可以了解材料的内部结构，从而分析其性能和工艺过程。

铝是一种轻质金属，具有良好的塑性、导电性和耐腐蚀性。

其显微组织主要由固溶体、析出相和杂质相组成。

通过金相分析，可以观察铝的晶粒大小、形态、分布以及析出相的类型和分布情况。

四、实验材料与仪器1. 实验材料：纯铝、铝合金试样。

2. 仪器设备：金相显微镜、抛光机、砂轮机、各号金相砂纸、脱脂棉、3~5硝酸酒精溶液。

五、实验步骤1. 试样制备1.1 取样：从纯铝和铝合金试样上截取一定尺寸的试样。

1.2 粗磨：使用砂轮机对试样进行粗磨，去除表面的氧化层和杂质。

1.3 细磨：使用不同号数的砂纸对试样进行细磨，直至达到所需的抛光程度。

1.4 抛光：使用抛光机对试样进行抛光，使其表面光滑。

1.5 浸蚀：将抛光后的试样放入3~5硝酸酒精溶液中，进行浸蚀，以突出组织结构。

1.6 清洗：将浸蚀后的试样用脱脂棉擦干。

2. 金相显微镜观察2.1 将制备好的试样放置在金相显微镜的载物台上。

2.2 调整显微镜的焦距和光圈，使试样清晰可见。

2.3 观察试样的晶粒大小、形态、分布以及析出相的类型和分布情况。

六、实验结果与分析1. 纯铝试样1.1 晶粒大小：纯铝的晶粒大小较为均匀，平均晶粒尺寸约为5μm。

1.2 晶粒形态：纯铝的晶粒呈多边形，具有一定的方向性。

1.3 析出相：纯铝中几乎没有析出相。

2. 铝合金试样1.1 晶粒大小：铝合金的晶粒大小与纯铝相似，平均晶粒尺寸约为5μm。

1.2 晶粒形态：铝合金的晶粒形态与纯铝相似，具有一定的方向性。

1.3 析出相：铝合金中存在析出相，主要呈针状或片状分布。

铝合金的微观结构及力学性能研究铝合金是一种广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑领域的重要材料。

其优异的力学性能使之成为替代传统钢铁材料的首选。

铝合金的微观结构对其力学性能具有重要影响，因此对铝合金的微观结构及其与力学性能之间的关系进行深入研究具有重要意义。

铝合金的微观结构主要由晶粒和晶界组成。

在铝及其合金的铸态和加工态下，晶粒是由排列有序的原子组成的晶体结构。

晶粒的尺寸和形态对于铝合金的力学性能具有显著的影响。

通常情况下，较小的晶粒尺寸可以提高材料的强度和硬度，而较大的晶粒尺寸则会降低材料的韧性。

另外，晶界是相邻晶粒之间的界面区域，其结构和特性也对铝合金的力学性能起到重要作用。

晶界的形态、尺寸和化学成分对铝合金的强度、蠕变和断裂行为等性能有重要影响。

研究表明，适当的晶界工程可以显著提高铝合金的塑性和韧性。

除了晶粒和晶界，固溶体和析出相也是铝合金微观结构中的重要组成部分。

固溶体是指将其他元素溶解在铝基体中所形成的固溶体溶解体，它能够显著改变铝合金的强度和硬度。

析出相是指在固态过程中，溶解在固溶体溶解体中的其他元素向铝基体中析出形成的细小晶粒或粒子。

析出相对于单一实体相来说具有更高的强度和硬度，能够有效提高铝合金的综合力学性能。

铝合金的力学性能与其微观结构之间存在着密切的关系。

通过调控和优化铝合金的微观结构可以实现对其力学性能的精确调节。

例如，通过控制固溶体和析出相的尺寸、密度和分布可以改善铝合金的强度和硬度；通过精细调控晶粒和晶界的形态和尺寸可以提高铝合金的塑性和韧性。

在铝合金的力学性能研究中，常用的测试方法包括拉伸试验、硬度测试、冲击试验等。

这些测试能够全面评估铝合金的强度、韧性、硬度和断裂行为等力学性能指标。

总之，铝合金的微观结构及其与力学性能之间的关系研究对于优化铝合金的力学性能具有重要意义。

通过调控铝合金的微观结构，可以实现对其力学性能的精确调节，为铝合金在各领域的应用提供更多可能。

然而，铝合金的微观结构与力学性能之间的关系仍有待进一步深入研究和探索。

铝合金的显微组织与疲劳性能研究近年来，铝合金作为一种广泛应用于航空航天、汽车制造等领域的重要材料，其性能研究日益受到关注。

其中，显微组织与疲劳性能是铝合金研究中的重点内容。

本文将对铝合金的显微组织和疲劳性能进行深入探讨。

1. 铝合金的显微组织铝合金的显微组织是指铝合金材料在显微镜下呈现的微观结构。

铝合金主要由铝和其他合金元素组成，例如铜、锌、镁等。

这些合金元素的含量和比例可以调控铝合金的性能。

显微组织中的晶粒尺寸、相的类型和分布、亚晶等也对铝合金的力学性能和疲劳性能有着重要影响。

铝合金的显微组织可以通过金相显微镜等设备观察和分析。

常见的铝合金显微组织包括等轴晶粒、柱状晶粒和细晶组织。

等轴晶粒由于其颗粒形状均匀，其力学性能相对较好，但疲劳寿命较短。

柱状晶粒则具有相对更高的强度和硬度，但其断裂韧性较差。

而细晶组织在疲劳寿命方面有一定的优势，但机械性能相对较差。

2. 铝合金的疲劳性能疲劳是材料在受到交变载荷或循环加载作用下发生破坏的现象。

铝合金在使用过程中，常常会遇到复杂的载荷情况，例如风、震动等作用下的循环加载。

因此，疲劳性能的研究对于铝合金的可靠性和安全性至关重要。

铝合金的疲劳性能可以通过疲劳试验等方法进行评估。

疲劳试验的基本原理是对材料进行交替加载，观察其在不同循环次数下的疲劳寿命。

常用的疲劳试验方法包括拉伸-压缩疲劳试验、弯曲疲劳试验和旋转弯曲疲劳试验等。

研究发现，铝合金的疲劳寿命常与显微组织的细化有关。

较细的晶粒尺寸可以增加材料的界面数目，从而能更好地吸收应力和延缓疲劳损伤的发展。

此外，亚晶和非晶态相对于晶粒边界也具有较好的阻碍裂纹扩展的能力，有利于提高疲劳寿命。

3. 铝合金的改进与应用为提高铝合金的疲劳性能，研究人员采取了不少措施。

例如通过热处理和合金元素的添加来改变铝合金的显微组织，实现性能提升。

采用过热变形、等温退火和再结晶退火等方法，可以调控铝合金的晶粒尺寸和相的类型。

同时，适量添加元素，如镁、锌等，可以改善铝合金的强度和韧性。

铝合金复合板钎焊后微观组织观察实验报告1. 背景铝合金复合板是一种由两层铝合金板和一层中间层构成的复合材料。

钎焊是将这三层板材连接在一起的常用方法之一。

钎焊过程中，通过加热至钎料熔点使其润湿并填充在接头处，然后冷却固化。

本实验旨在通过对钎焊后的铝合金复合板进行微观组织观察，分析钎焊过程对材料性能的影响。

2. 实验目的1.了解铝合金复合板的结构和性能特点。

2.观察并分析钎焊后铝合金复合板的微观组织。

3.分析钎焊过程对铝合金复合板性能的影响。

4.提出改进建议，优化钎焊工艺。

3. 实验步骤3.1 材料准备1.准备铝合金复合板样品。

2.准备透明标本片。

3.2 钎焊实验1.将两块铝合金板和中间层放置在夹具中，保证接头紧密贴合。

2.选择合适的钎料，并涂抹在接头处。

3.使用钎焊设备对接头进行加热，使钎料熔化并填充在接头处。

4.冷却样品至室温。

3.3 样品制备1.将钎焊后的样品切割成适当大小的标本片。

2.对标本片进行粗磨、细磨和抛光处理，以获得平滑且无明显划痕的表面。

3.4 微观组织观察1.将处理好的标本片放置在金相显微镜下。

2.通过调节显微镜参数，观察并记录标本片的微观组织特征。

3.拍摄高清照片以备后续分析。

4. 实验结果4.1 钎焊接头形貌观察通过金相显微镜观察钎焊接头形貌，发现钎料与铝合金板之间形成了良好的结合。

接头界面清晰、无明显裂纹和气孔。

4.2 微观组织分析通过金相显微镜下对钎焊接头的观察，得到以下结果：1.钎焊区域：在钎焊区域，钎料与铝合金板发生了冶金反应，形成了新的相。

钎料与铝合金板之间形成了扩散层，增强了接头的强度。

2.热影响区：在热影响区，由于加热过程中的温度变化，铝合金板的晶粒可能发生长大或再结晶。

晶粒尺寸较大，但仍保持较好的结晶性能。

3.基材区域：在基材区域，铝合金板的微观组织保持原有状态，并未发生明显改变。

4.3 结果分析通过对实验结果的分析，可以得出以下结论：1.钎焊工艺能够有效地将铝合金复合板连接在一起，并形成良好的接头。

铝合金金相组织晶粒度
摘要：
一、铝合金金相组织简介
1.铝合金的定义
2.铝合金的分类
3.铝合金的金相组织特点
二、晶粒度的概念及重要性
1.晶粒度的定义
2.晶粒度对铝合金性能的影响
3.晶粒度与铝合金的应用领域的关系
三、铝合金晶粒度检测方法
1.晶粒度的表征方法
2.常见铝合金晶粒度检测方法
3.铝合金晶粒度检测方法的优缺点分析
四、晶粒度细化方法及应用
1.冷加工法
2.热处理法
3.化学方法
4.晶粒度细化方法在铝合金中的应用
五、总结与展望
1.铝合金金相组织晶粒度研究的发展历程
2.当前研究的局限性及未来发展方向
正文：
铝合金是一种广泛应用于各个领域的金属材料，因其具有高比强度、高耐蚀性、高电导率、良好的抗疲劳性能和成型性能等特点，而受到广泛关注。

在铝合金的研究中，金相组织晶粒度是一个重要的参数。

晶粒度是指金属材料中晶粒的大小和分布。

晶粒度的大小对铝合金的性能有着重要的影响。

一般来说，细小的晶粒有利于提高铝合金的强度、硬度和耐蚀性，而粗大的晶粒则有利于提高铝合金的塑性和韧性。

铝合金晶粒度的检测方法有很多种，例如：光学显微镜法、X 射线衍射法、扫描电子显微镜法等。

这些方法各有优缺点，需要根据具体的应用场景选择合适的方法。

为了获得理想的晶粒度，人们研究了许多晶粒度细化方法。

冷加工法、热处理法、化学方法等是常见的晶粒度细化方法。

这些方法在铝合金中的应用，可以有效地提高铝合金的性能。

总的来说，铝合金金相组织晶粒度研究是一个多领域的交叉课题，涉及材料学、金属学、化学等多个学科。