2219铝合金金相显示技术研究
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2 试验结果
图 2 为在两种工艺下的试验结果 。很明显 ,工 艺 1 的显示效果远不如工艺 2 。
(c) Al2Cu2Mn 相图
(a) 工艺 1 金相显示效果 100 ×
(d) Al2Cu2Mn 相图 图 1 Al2Cu2Mg 和 Al2Cu2Mn 三元合金相图[1] Fig. 1 Phase diagrams of Al2Cu2Mg and Al2Cu2Mn
理化检验 —物理分册
试验技术与方法
P TCA ( PA R T :A P H YS. TES T. )
2007 年 第 43 卷 7
2219 铝合金金相显示技术研究
李红英 , 曾再得
(中南大学 材料科学与工程学院 , 长沙 410083)
摘 要 : 对 T8 时效态 2219 铝合金显示其显微组织的工艺参数进行了探讨 ,该试验工艺参数 为 ,电解抛光 :20 %高氯酸 10 mL + 无水乙醇 90 mL ,电压 20 V ,时间 40 s ;腐蚀覆膜 :硫酸 16 mL + 磷酸 100 mL ;电压 25 V ,电流密度 0. 4～1. 0 A/ cm2 ,时间 90～180 s 。结果表明 ,该工艺参数在显 示其显微组织上取得了较好100 × 图 2 两种工艺下观察到的同一材料的显微组织形貌
Fig. 2 Micro st ruct ure of 2219 aluminum alloy by two different technology
3 分析与结论
在对该合金进行金相试验时 ,较好的工艺流程
李红英等 :2219 铝合金金相显示技术研究
是将抛光与侵蚀覆膜分开进行 ,因为如果两个步骤 在同一种侵蚀液中一并进行 ,前期抛光的侵蚀产物 可能残留在侵蚀表面 ,影响后阶段覆膜的效果 。由 于部分第二相有提前脱落的可能 ,在抛光过程中 ,应 该时刻注意侵蚀面的变化 ,在肉眼可见到出现较小 侵蚀坑时停止抛光并进行表面清洁以防止表面残留 侵蚀液对试样进一步的侵蚀 。
met hod was st udied to observe t he micro st ruct ure of grains of t he tested alloy. The best p rocessing parameters is : (a) elect ro polishing : elect rolyte , 20 % HClO4 (10 mL) + et hanol (90 mL) , voltage 20 V , time 40 s ; (b) corro sion cladding : elect rolyte , H PO3 (100 mL) + H2 SO4 (16 mL ) , voltage 25 V , ampere density 1. 4～1. 0 A/ cm2 , time 90 ～180 s.
Zwick/ Roell 集 团 中 国 区 总 经 理 李 维 纶 先 生 ( Mr . Alan Lee) 主持了开幕式 。上海科协主席孙正 心博士 、德国驻上海总领事 Dr. Albrecht vo n der Heyden 、Zwick/ Roell 集团 CEO Dr . J an Stefan Ro2 ell 分别致词 。开幕式后 ,根据不同的行业 ,论坛分 为三个分会场展开专题报告及研讨会 。德国专家以 及国内知名企业及科研院所 ,如上海宝钢集团 、上海 材料研究所和北京化工研究院的专家介绍他们在材 料测试中的经验及使用 Zwick 测试系统的体会 。尤
笔者认为 ,侵蚀覆膜过程中 ,对腐蚀电流密度的 控制才是控制该过程的关键 ,电压只要保证在不击 穿膜即可 ,覆膜时间因具体情况而定 (主要是操作人 员的经验问题) ,一般在用肉眼或低倍放大镜看到大 部分侵蚀面区域有较明显晶界显示即可 。
由于很多铝合金成分较复杂 ,目前还没有可以 通用的侵蚀液和工艺参数 ,各种铝合金的金相试验 , 尤其是一些涉及较少的合金 ,其具体工艺还需要实 验人员进一步摸索探讨 。
1 试验
试验用 2219 铝合金具体成分 ( 质量 分数) 为 6. 8 % Cu , 0. 02 % Mg , 0. 20 % Mn , 0. 10 % Zn , 0. 02 % Ti ,0. 15 % V ,0. 10 % Zr ,0. 30 % Fe ,0. 20 % Si ,余量为铝 。材料在进行金相观察前的处理工艺
( School of Materials Science and Engineering , Cent ral Sout h University , Changsha 410083 , China)
Abstract : The research abo ut 2219 aluminum alloy′s metallograp hic examination was carried out and t he
收稿日期 :2007201217 基金项目 :新金属材料国家重点实验室资助项目 作者简介 :李红英 (1963 - ) ,女 ,教授 。
金相显示技术可以较好地得到材料的整体晶粒 形貌 ,已有试验表明 ,对于复杂铝合金 ,一般的机械 抛光和侵蚀不能达到对晶粒形貌观察的目的 。一般 情况下 ,除纯铝外的铝合金只有采用电解抛光 、阳极 覆膜才有可能得到较清晰的显微组织形貌 。但对 2219 合金成分和相组成都比较复杂的铝合金对其 金相观察有一定难度 ,主要是由于基体内各种相比 较多 ,各析出相与基体以及各相之间的腐蚀电位不 同 ,在电解抛光和侵蚀覆膜过程中 ,在晶界较充分侵 蚀之前部分析出相有可能侵蚀脱落 ,试验过程中也 出现了此类情况 。
李红英等 :2219 铝合金金相显示技术研究
为 : < 820 mm ×2 425 mm 圆锭镦粗 、冲孔 、环锻 → < 2 700 mm (外径) ×255 mm ( 壁厚 S ) ×340 mm (环高 H) 圆环在轧环机上轧环 →<平均 5 038 mm × 130 mm ( S) ×343. 5 mm ( H平均 ) 圆环淬火 (530 ℃) 300 min ,水温 56 ℃(出水 60 ℃) ,转移 90 s ,浸泡 15 min →出水后在轧环机上冷轧 ,变形量为 1. 68 % →时效 。
Key words : 2219 aluminum alloy ; Metallograp hic examinatio n ; Technology parameter
试验所研究的铝合金为 2219 ,图 1 为 Al2Cu2 Mg 和 Al2Cu2Mn 的三元合金相图 。由 Al2Cu2Mg 系合金相图可知 ,在该合金中除θ和β二元相外 ,还 有 S 和 T ( Al6 CuMg4 ) 等三元相 。工业 Al2Cu2Mg 系合金中不出现 T 和β相 ,只有α(Al) +θ和α(Al) + S 两相共晶或α(Al) +θ+ S 三相共晶 。在 Al2Cu2 Mn 系相图中 ,左下角除θ和 MnAl6 两个二元相区 外 ,还有 T ( Cu2 Mn3 Al20 ) 三元相 ,其中θ相是该合金 中的主要相 。杂质 Fe 和 Si 在 Al2Cu2Mn 系合金中 形成 N ( Al7 Cu2 Fe) 和 ( FeMn) 3 SiAl12 相 , 有时还可 能出现 ( FeMn) Al6 。2219 铝合金的成分比较复杂 , 除合金在平衡态下相组分较多外 ,在淬火时效后还 会出现各种亚稳相 。
(b) 工艺 1 金相显示效果 100 ×
·340 · © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
理化检验 —物理分册
(c) 工艺 2 金相显示效果 100 ×
(2) 工艺 2 参数 :抛光[20 %高氯酸 10 mL + 无水 乙醇 90 mL ( GB/ T 3246. 1 - 2000) ] ,电压 20 V ,时间 40 s[2] 。侵蚀覆膜 (硫酸 16 mL + 磷酸100 mL) ;电压 25 V ,电流密度 0. 8 A/ cm2 ,时间 120 s。
整个论坛期间 ,来宾对各讨论专题表现出浓厚 兴趣 ,积极参与讨论及互动节目 ,都感到收获颇丰 , 对他们今后的测试有所参考及指导意义 。
·341 ·
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2007 test Xpo 2第四届亚洲材料测试论坛在上海成功召开
Zwick/ Roell 集团于 2007 年 5 月 17 日在上海 张江高科技园德国中心召开了 test Xpo2第四届亚洲 材料测试论坛 。为期两天的论坛 ,吸引了来自中国 及亚洲其他国家各行业的近七百位材料及零部件物 理性能测试专家 。
笔者在试验过程中得到了高级实验员谢仙姣 ,韩德伟和 周善初三位教授的大力帮助 ,在此表示衷心的感谢 。
参考文献 :
[ 1 ] 田荣璋 ,王祝堂. 铝合金及其加工手册 [ M ]. 长沙 :中南 大学出版社 , 2000 :51 - 52.
[ 2 ] 韩德伟 ,张建新. 金相试样制备与显示技术 [ M ] . 长沙 : 中南大学出版社 , 2005 :188 - 204.
金相试验在 WF21 金相样品电解抛光仪上进行 抛光 侵 蚀 , 采 用 POL YVA R2M E T 光 学 显 微 镜 观 察 。金相试验采用以下两种工艺 (其中工艺 1 用于 其他铝合金金相观察可得到较好效果) :
(1) 工艺 1 参数 :电压 17 V ,时间 4 min ,覆膜 液 ( 硼 酸 11 g + 40 % 氢 氟 酸 30 mL + 蒸 馏 水 1 000 mL) 。
其是 Zwick/ Roell 集团提出的完整解决方案更是让 人耳目一新 ,从以前的单机单一测试发展到整个实 验室的整体规划和配置及数据管理系统 ,再次拓展 了材料测试领域新的发展方向 。
图 2 为在两种工艺下的试验结果 。很明显 ,工 艺 1 的显示效果远不如工艺 2 。
(c) Al2Cu2Mn 相图
(a) 工艺 1 金相显示效果 100 ×
(d) Al2Cu2Mn 相图 图 1 Al2Cu2Mg 和 Al2Cu2Mn 三元合金相图[1] Fig. 1 Phase diagrams of Al2Cu2Mg and Al2Cu2Mn
理化检验 —物理分册
试验技术与方法
P TCA ( PA R T :A P H YS. TES T. )
2007 年 第 43 卷 7
2219 铝合金金相显示技术研究
李红英 , 曾再得
(中南大学 材料科学与工程学院 , 长沙 410083)
摘 要 : 对 T8 时效态 2219 铝合金显示其显微组织的工艺参数进行了探讨 ,该试验工艺参数 为 ,电解抛光 :20 %高氯酸 10 mL + 无水乙醇 90 mL ,电压 20 V ,时间 40 s ;腐蚀覆膜 :硫酸 16 mL + 磷酸 100 mL ;电压 25 V ,电流密度 0. 4～1. 0 A/ cm2 ,时间 90～180 s 。结果表明 ,该工艺参数在显 示其显微组织上取得了较好100 × 图 2 两种工艺下观察到的同一材料的显微组织形貌
Fig. 2 Micro st ruct ure of 2219 aluminum alloy by two different technology
3 分析与结论
在对该合金进行金相试验时 ,较好的工艺流程
李红英等 :2219 铝合金金相显示技术研究
是将抛光与侵蚀覆膜分开进行 ,因为如果两个步骤 在同一种侵蚀液中一并进行 ,前期抛光的侵蚀产物 可能残留在侵蚀表面 ,影响后阶段覆膜的效果 。由 于部分第二相有提前脱落的可能 ,在抛光过程中 ,应 该时刻注意侵蚀面的变化 ,在肉眼可见到出现较小 侵蚀坑时停止抛光并进行表面清洁以防止表面残留 侵蚀液对试样进一步的侵蚀 。
met hod was st udied to observe t he micro st ruct ure of grains of t he tested alloy. The best p rocessing parameters is : (a) elect ro polishing : elect rolyte , 20 % HClO4 (10 mL) + et hanol (90 mL) , voltage 20 V , time 40 s ; (b) corro sion cladding : elect rolyte , H PO3 (100 mL) + H2 SO4 (16 mL ) , voltage 25 V , ampere density 1. 4～1. 0 A/ cm2 , time 90 ～180 s.
Zwick/ Roell 集 团 中 国 区 总 经 理 李 维 纶 先 生 ( Mr . Alan Lee) 主持了开幕式 。上海科协主席孙正 心博士 、德国驻上海总领事 Dr. Albrecht vo n der Heyden 、Zwick/ Roell 集团 CEO Dr . J an Stefan Ro2 ell 分别致词 。开幕式后 ,根据不同的行业 ,论坛分 为三个分会场展开专题报告及研讨会 。德国专家以 及国内知名企业及科研院所 ,如上海宝钢集团 、上海 材料研究所和北京化工研究院的专家介绍他们在材 料测试中的经验及使用 Zwick 测试系统的体会 。尤
笔者认为 ,侵蚀覆膜过程中 ,对腐蚀电流密度的 控制才是控制该过程的关键 ,电压只要保证在不击 穿膜即可 ,覆膜时间因具体情况而定 (主要是操作人 员的经验问题) ,一般在用肉眼或低倍放大镜看到大 部分侵蚀面区域有较明显晶界显示即可 。
由于很多铝合金成分较复杂 ,目前还没有可以 通用的侵蚀液和工艺参数 ,各种铝合金的金相试验 , 尤其是一些涉及较少的合金 ,其具体工艺还需要实 验人员进一步摸索探讨 。
1 试验
试验用 2219 铝合金具体成分 ( 质量 分数) 为 6. 8 % Cu , 0. 02 % Mg , 0. 20 % Mn , 0. 10 % Zn , 0. 02 % Ti ,0. 15 % V ,0. 10 % Zr ,0. 30 % Fe ,0. 20 % Si ,余量为铝 。材料在进行金相观察前的处理工艺
( School of Materials Science and Engineering , Cent ral Sout h University , Changsha 410083 , China)
Abstract : The research abo ut 2219 aluminum alloy′s metallograp hic examination was carried out and t he
收稿日期 :2007201217 基金项目 :新金属材料国家重点实验室资助项目 作者简介 :李红英 (1963 - ) ,女 ,教授 。
金相显示技术可以较好地得到材料的整体晶粒 形貌 ,已有试验表明 ,对于复杂铝合金 ,一般的机械 抛光和侵蚀不能达到对晶粒形貌观察的目的 。一般 情况下 ,除纯铝外的铝合金只有采用电解抛光 、阳极 覆膜才有可能得到较清晰的显微组织形貌 。但对 2219 合金成分和相组成都比较复杂的铝合金对其 金相观察有一定难度 ,主要是由于基体内各种相比 较多 ,各析出相与基体以及各相之间的腐蚀电位不 同 ,在电解抛光和侵蚀覆膜过程中 ,在晶界较充分侵 蚀之前部分析出相有可能侵蚀脱落 ,试验过程中也 出现了此类情况 。
李红英等 :2219 铝合金金相显示技术研究
为 : < 820 mm ×2 425 mm 圆锭镦粗 、冲孔 、环锻 → < 2 700 mm (外径) ×255 mm ( 壁厚 S ) ×340 mm (环高 H) 圆环在轧环机上轧环 →<平均 5 038 mm × 130 mm ( S) ×343. 5 mm ( H平均 ) 圆环淬火 (530 ℃) 300 min ,水温 56 ℃(出水 60 ℃) ,转移 90 s ,浸泡 15 min →出水后在轧环机上冷轧 ,变形量为 1. 68 % →时效 。
Key words : 2219 aluminum alloy ; Metallograp hic examinatio n ; Technology parameter
试验所研究的铝合金为 2219 ,图 1 为 Al2Cu2 Mg 和 Al2Cu2Mn 的三元合金相图 。由 Al2Cu2Mg 系合金相图可知 ,在该合金中除θ和β二元相外 ,还 有 S 和 T ( Al6 CuMg4 ) 等三元相 。工业 Al2Cu2Mg 系合金中不出现 T 和β相 ,只有α(Al) +θ和α(Al) + S 两相共晶或α(Al) +θ+ S 三相共晶 。在 Al2Cu2 Mn 系相图中 ,左下角除θ和 MnAl6 两个二元相区 外 ,还有 T ( Cu2 Mn3 Al20 ) 三元相 ,其中θ相是该合金 中的主要相 。杂质 Fe 和 Si 在 Al2Cu2Mn 系合金中 形成 N ( Al7 Cu2 Fe) 和 ( FeMn) 3 SiAl12 相 , 有时还可 能出现 ( FeMn) Al6 。2219 铝合金的成分比较复杂 , 除合金在平衡态下相组分较多外 ,在淬火时效后还 会出现各种亚稳相 。
(b) 工艺 1 金相显示效果 100 ×
·340 · © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
理化检验 —物理分册
(c) 工艺 2 金相显示效果 100 ×
(2) 工艺 2 参数 :抛光[20 %高氯酸 10 mL + 无水 乙醇 90 mL ( GB/ T 3246. 1 - 2000) ] ,电压 20 V ,时间 40 s[2] 。侵蚀覆膜 (硫酸 16 mL + 磷酸100 mL) ;电压 25 V ,电流密度 0. 8 A/ cm2 ,时间 120 s。
整个论坛期间 ,来宾对各讨论专题表现出浓厚 兴趣 ,积极参与讨论及互动节目 ,都感到收获颇丰 , 对他们今后的测试有所参考及指导意义 。
·341 ·
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
2007 test Xpo 2第四届亚洲材料测试论坛在上海成功召开
Zwick/ Roell 集团于 2007 年 5 月 17 日在上海 张江高科技园德国中心召开了 test Xpo2第四届亚洲 材料测试论坛 。为期两天的论坛 ,吸引了来自中国 及亚洲其他国家各行业的近七百位材料及零部件物 理性能测试专家 。
笔者在试验过程中得到了高级实验员谢仙姣 ,韩德伟和 周善初三位教授的大力帮助 ,在此表示衷心的感谢 。
参考文献 :
[ 1 ] 田荣璋 ,王祝堂. 铝合金及其加工手册 [ M ]. 长沙 :中南 大学出版社 , 2000 :51 - 52.
[ 2 ] 韩德伟 ,张建新. 金相试样制备与显示技术 [ M ] . 长沙 : 中南大学出版社 , 2005 :188 - 204.
金相试验在 WF21 金相样品电解抛光仪上进行 抛光 侵 蚀 , 采 用 POL YVA R2M E T 光 学 显 微 镜 观 察 。金相试验采用以下两种工艺 (其中工艺 1 用于 其他铝合金金相观察可得到较好效果) :
(1) 工艺 1 参数 :电压 17 V ,时间 4 min ,覆膜 液 ( 硼 酸 11 g + 40 % 氢 氟 酸 30 mL + 蒸 馏 水 1 000 mL) 。
其是 Zwick/ Roell 集团提出的完整解决方案更是让 人耳目一新 ,从以前的单机单一测试发展到整个实 验室的整体规划和配置及数据管理系统 ,再次拓展 了材料测试领域新的发展方向 。
