Металлография алюминия: особенности

Алюминиевые сплавы охватывают широкий спектр химических составов и поэтому широкий интервал величин твердости. Поэтому методики подготовки образцов для микроскопического исследования – микрошлифов – из различных алюминиевых сплавов могут значительно различаться.

Мягкие сплавы и нелегированный алюминий являются более трудными для механического полирования. Основными причинами этого являются:
а) деформация, которая возникает при резке и шлифовании распространяется на большую глубину;
б) более вероятно внедрение абразивных частиц в металл при полировании;
в) твердые частицы вторичных фаз легко вырываются из мягкой алюминиевой матрицы при полировании.

У более твердых алюминиевых сплавов другие проблемы. Подготовка микрошлифов происходит легче, но у этих сплавов значительно больше различных фаз и их микроструктура значительно сложнее.

Как известно, алюминий и его сплавы подразделяются на две категории – литейные и деформируемые. Каждая из этих групп подразделяется в свою очередь на серии по главным легирующим элементам в их химическом составе. Подробнее см. Классификация алюминиевых сплавов.

Для всех этих алюминиевых сплавов применяются обычные методы подготовки шлифов и изучения под микроскопом. Вместе с тем, для различных серий и групп алюминиевых сплавов есть некоторые особенности, которые необходимо учитывать.

Процессы возврата и рекристаллизации в алюминиевых сплавах могут происходить при относительно низких температурах, около 150-300 ºС. Такие температуры могут легко возникать при операциях резки, шлифования и установки образца в оправку. Эти операции редко дают изменения в структуре, которая видна под световым микроскопом, они могут быть видны в электронный микроскоп.

Особенности металлографии технического алюминия

Структура технически чистого алюминия может наследовать свою структуру от литейного процесса или процесса холодной или горячей обработки. Одной из проблем является то, что при наблюдении под световым микроскопом обычно отсутствует контрастная «картинка» — в чистом алюминии слишком мало структурных элементов. Это типичный случай, когда может помочь анодирование поверхности шлифа.

Микроструктуру нелегированного алюминия после холодной обработки лучше изучать с помощью электронной микроскопии. Тогда можно увидеть дислокации и зеренную структуру.

Микроструктура алюминиевых сплавов

Деформируемые алюминиевые сплавы имеют свое происхождение из литых слитков. После разливки и гомогенизации они получили соответствующую механическую и термическую обработку, которые изменили исходную литую структуру. Эти изменения относительно невелики для крупных изделий после горячей деформационной обработки, например, у кованых деталей, толстых плит или массивных прессованных профилей. Изменения становятся более заметными при увеличении коэффициента вытяжки и повышения степени горячей и холодной деформации, а также количества и типа термических обработок.

Наиболее видимые изменения микроструктуры алюминиевых сплавов включают:
— растворение растворимых фаз или их коалесценция для снижения их поверхностной энергии;
— выделение компонентов сплава при повышенной температуре, которые находились в пересыщенном растворе литой структуры;
— механическая фрагментация хрупких интерметаллических фаз и их вытягивание вдоль главных направлений холодной или горячей обработки;
— процессы возврата или рекристаллизации после холодной обработки.

Источники:
1) TALAT 1202
2) Aluminum and Aluminum Alloys