前言：
5A01铝合金是一种高强度并且具有优异的耐腐蚀性能、耐冲击性能，应用于船舶制造业时，不仅能够满足设计的强度要求，还能使得船舶整体重量下降节约能源消耗与提升有效载荷，零部件薄壁化、工序减少、装配效率高、回收率高等显著优点。以铝代钢在现代船舶生产制造业中已成为一种大趋势。而在实际生产当中，由于工艺与现场生产控制等问题，5A01铝合金的生产过程控制存在一定不合理之处，产品合格率受到一定影响。本文从实际生产角度出发，研究了5A01铝合金在生产中的均匀化热处理过程中的性能与组织变化，用以指导实际生产工艺控制。
1 实验方案
实验采用5A01铝合金成分如表 1所示，符合GB/T 3190-2008规定，在熔炼过程中采用新型熔体纯净化工艺，严格控制其中杂质的含量，避免杂质对后续加工产生带来的不利影响。熔炼好的实验合金铝液在线加入适量晶粒细化剂，于半连续水平铸造机上铸造成Φ90的圆铸锭，获取高质量的熔铸铸锭。
表1 5A01铝合金的化学成分（质量百分比/%）
制备好的实验铸锭，按照430、450、470、490、510、530℃加热温度条件下分别保温16h、24h、36h，不同均匀化热处理工艺处理后得到实验样品。对不同工艺处理得到的样品进行硬度、电导率、拉伸力学性能、金相显微组织、X射线衍射分析和透射电子显微分析，并对实验结果进行比对研究。
2 实验结果
2.1 力学性能
铸态5A01铝合金室温拉伸力学性能见表 2。在430、450、470、490、510、530℃加热温度条件下分别保温16h、24h、36h，不同均匀化热处理工艺，均匀化5A01铝合金的硬度，拉伸力学性能和电导率见表 3。
表2 5A01铝合金铸态拉伸力学性能表
2.2 金相组织观察
铸态及大生产均匀化处理态合金金相组织如图 1所示。可以看出，铸态合金存在明显的枝晶偏析，成分分布不均匀，晶界间存在网状低熔点共晶化合物，晶粒粗大，晶粒内分布有一些较粗大的第二相粒子；经均匀化热处理后，枝晶偏析消除，晶间低熔点共晶化合物溶解，晶粒内第二相粒子析出增多，且弥散度更高，第二相附近出现白色亮点区域。
图1 铸态和大生产均匀化处理态金金相（100 X）
a)铸态，b)铸态，c)470℃/24h，d)470℃/24h
2.3 X射线衍射分析
铸态及均匀化合金X射线物相分析如图2所示。可以看出铸锭中除基体相Al基体外，还存在少量Mg2Al3和Mg5Al8。经均匀化热处理后析出了MnAl6相，而Mg5Al8溶解。
图2 铸态及均匀化处理态合金XRD分析
a) 铸态，b) 均匀化处理态
2.4 透射电子显微分析图3 合金透射显微组织分析
a) 铸态，b)450℃/24h均匀化，c) 470℃/24h均匀化
对均匀化处理态合金进行透射显微组织分析，观察析出相及其大小均化化合金透射电子组织分析如图3所示。由图3可以看出，铸态合金除了少量平衡相外，接近于单相固溶体；由于常温时Mn在Al中的极限固溶小于0.5%，5A01铝合金中Mn的含量为0.7%，铸锭均匀化处理过程中，合金经高温长时间的均匀化处理之后固溶体发生分解，一部分Mn以MnAl6形式沉淀析出，随机分布在铝基体中。450℃/24h均匀化MnAl6第二相粒子析出密度最大而且比较细小，470℃/24h均匀化，比较细小MnAl6又回溶到基体固溶体中，MnAl6第二相粒子密度降低，尺寸增大。这个结果与图2 XRD分析结果是一致的。
由图3可知，合金材料经过470℃/24h均匀化热处理后，枝晶偏析消除，晶间共晶化合物，杂质相溶解，晶粒细化，铸态合金内应力消除，第二相粒子析出，且第二相粒子附件出现偏聚，合金材料综合力学性能得到改善。
在均匀化热处理过程中，β相（Mg5Al8）溶解，则5A01铝合金中Mg以固溶状态存在，由于Mg析出困难，核心少，析出相大，因而合金的时效强化效果低，均匀化处理合金强度增幅不大。晶内析出第二相粒子MnAl6增多，板条形的MnAl6粒子在生长过程中表现为择优生长，在与基体共格的晶面方向上，生长受限，而在与共格晶面垂直的方向上生长较快。板条形MnAl6相具有一定的高温稳定性。这种MnAl6粒子对位错和亚晶界有很好的钉扎作用，起到第二相强化和晶粒细化的作用，从而提高合金的强度，同时MnAl6为脆性化合物，合金变形时容易开裂，且与基体非共格，其强化效应相对较弱，添加过渡元素锰降低了合金的延伸率，故合金均匀化处理后合金延伸率增加幅度不大。
3 结论
本文通过布氏硬度计、涡流电导仪、万能力学试验机、金相显微镜、X射线衍射分析仪、透射电子显微镜等高精密实验仪器研究分析了我厂在5A01铝合金实际生产中不同均匀化热处理工艺后的性能与组织，探究5A01铝合金在均匀化处理过程中性能变化同微观组织变化之间的作用机制，制定最佳的均匀化热处理制度，为生产优质5A01铝合金产品打好基础。
（1）铸态5A01铝合金在470℃/24h均火制度下均匀化热处理后，铸态5A01铝合金快速凝固时造成的晶内偏析消失，合金元素扩散分布均匀，由于偏析和晶界及枝晶网络间存在的低熔点共晶组织和金属间化合物溶解，铸态合金内应力消除，晶粒细化，晶内第二相析出且分布弥散度较好，改善了合金的力学性能和加工性能。
（2）5A01铝合金合宜的铸锭均火制度为460～475℃/24h。
