常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)

1、常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)丁惠麟1常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn) 眾所周知，目前有色金屬材料在航空工業(yè)中占有重要地位。據(jù)報(bào)道，目前鋁合金在現(xiàn)代先進(jìn)的軍用及民航飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料中仍保持統(tǒng)治地位（約占結(jié)構(gòu)用材的5080%）。這主要有兩方面原因：一是通過(guò)改進(jìn)熱處理狀態(tài)，充分發(fā)揮原有合金的潛力；另一方面是通過(guò)降低合金中的雜質(zhì)含量，研制出一系列高純、高強(qiáng)、高韌的新型鋁合金，提高了合金的疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性，降低裂紋擴(kuò)展速率，改善抗應(yīng)力腐蝕性能。 另外，鎳基高溫合金、鈦合金和鋁、鎂合金有色金屬在航空發(fā)動(dòng)機(jī)用材中約占7090%。近年來(lái)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)比的提高，高壓壓氣機(jī)葉片和盤(pán)也開(kāi)始

2、采用高溫合金，使其在發(fā)動(dòng)機(jī)上的用量也有所增加，最高可達(dá)60%左右。且在民用工業(yè)上也逐漸增多。 為確保有色金屬材料的性能符合有關(guān)技術(shù)條件的要求，以保證產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定，加強(qiáng)合金的金相組織檢驗(yàn)工作。為此，本意主要介紹常用鋁合金及銅合金的組織及其檢驗(yàn)方法。2常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金一、鋁合金一、鋁合金（一）概述 鋁合金具有質(zhì)輕、抗蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，而且無(wú)低溫脆性，易加工成型等優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)固溶強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化和冷加工強(qiáng)化等工藝來(lái)提高其力學(xué)性能，因此，在航空、航天及許多國(guó)防部門(mén)都是不可缺少的材料，在機(jī)械制造、化工、電力、儀表及輕

3、工部門(mén)等也得到了廣泛的應(yīng)用。 鋁合金通常按熱處理特性、性能、用途、或合金系列來(lái)分類(lèi)（圖1），合金元素量低于最大熔點(diǎn)D時(shí)，合金加熱到一定溫度后可成為單相固溶體，塑性好，便于加工，故稱(chēng)為“形變鋁合金”。合金元素量大于D點(diǎn)后，由于出現(xiàn)共晶組織，其塑性差，流動(dòng)性好，適用于鑄造，故稱(chēng)為“鑄造合金”。在變形鋁合金中，按合金成分又可分為熱處理可強(qiáng)化鋁合金及熱處理不可強(qiáng)化鋁合金。按性質(zhì)和用途還可分為防銹鋁、硬鋁、鍛鋁和超硬鋁等合金。而鑄造鋁合金通常根據(jù)主要添加元素分成各種不同合金系列，如鋁硅、鋁銅、鋁鎂和鋁鋅等系列合金。 鋁合金在鑄、鍛和熱處理等各種生產(chǎn)工藝不同，相應(yīng)的組織和性能不同，還會(huì)出現(xiàn)變質(zhì)不良、過(guò)燒、

4、粗晶與穿流等各種組織缺陷和廢品。所以各種鋁制件在其制造過(guò)程中，必須進(jìn)行高低倍組織檢查來(lái)確保產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。圖1 鋁合金分類(lèi)狀態(tài)示意圖3常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金（二）鑄造鋁合金 1.鑄造鋁合金的組織特點(diǎn) 鑄造是高溫液體金屬在澆注前進(jìn)行必要的處理后，在各種類(lèi)型的鑄型中凝固成型的過(guò)程。在此過(guò)程中金屬液的結(jié)晶有它特定的規(guī)律，它不同于軋制型材的固相形變組織。澆注后的各相形成有先后之分，先生成相的成長(zhǎng)一般不受到空間阻礙或較少受到阻礙，當(dāng)先生成相的核心形成后，其周?chē)际撬砷L(zhǎng)的空間，因而先生成相具有特定的無(wú)拘束的形態(tài)。后生成的其它相只能在先生成相的殘留空間生成，

5、故受到先生成相的阻礙，其分布也受到約束。 另外，液體金屬將與空氣、造型材料和熔煉澆注工具等發(fā)生機(jī)械的、物理和化學(xué)的相互作用，對(duì)凝固后的鑄件內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生氣孔和夾雜等各種不利影響，所以鑄組織有它固有特點(diǎn)。 1）鑄件凝固冷卻較慢，組織較粗大，各種初晶、共晶形成的相結(jié)晶成較粗大的片狀、塊狀、針狀或骨骼狀等，而鋁固溶體晶粒生長(zhǎng)成明顯的樹(shù)枝狀。 2）由于鑄造合金中有較高的合金元素，就易形成粗大而數(shù)量較多的共晶組織，分布在(Al)固溶體晶粒邊界和枝晶間，構(gòu)成枝晶網(wǎng)絡(luò)。 3）鑄件形狀不同，各部位冷速不同，形成結(jié)晶的不平衡而產(chǎn)生成分和組織的不均勻，以及初晶和共晶的偏析等，各種相組織變化較大，給金相組織的鑒別帶來(lái)很

6、多困難。 鑄造組織中還存在較多的鑄造缺陷，如氧化物夾雜、縮孔、疏松、針孔、氣泡和裂紋等。 2.鑄造工藝對(duì)組織的影響 合金熔煉和鑄造成型工藝對(duì)鑄造組織的影響是明顯的，主要的因素有以下幾個(gè)4常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金方面： 1）冷卻速度的影響 在鑄造成型過(guò)程中，提高冷卻速度，使固溶體晶粒由粗大的樹(shù)枝狀結(jié)晶變成細(xì)小的等軸晶粒，還引起初生相和共晶相的細(xì)化，分布更為均勻。由于組織的細(xì)化，增加了熱處理效果，明顯地提高了機(jī)械性能，同時(shí)可以減輕和防止某些鑄缺陷的形成，改善鑄件的致密性，抵制針孔的產(chǎn)生，消除粗大脆性相，使之成細(xì)小均勻分布，減小其有害作用。 2）凝固壓力的

7、影響 澆注后增加凝固壓力可加速模具和鑄件間的熱交換，使冷速加快，縮短凝固時(shí)間，細(xì)化晶粒，減少成分偏析，而且增加氫在金屬液中的固溶度，防止氣泡成核，因而減輕了氣孔和針孔等缺陷，提高了補(bǔ)縮能力，可消除縮孔和疏松。在高壓下凝固時(shí)可提高Al-Si合金中硅的溶解度，增加共晶體中硅的數(shù)量，使枝晶改變?yōu)榈容S晶組織和共晶硅細(xì)化，因而提高了強(qiáng)度塑性和抗疲勞能力。 3）變質(zhì)處理對(duì)組織與性能的影響 金屬液的變質(zhì)處理是細(xì)化鑄造組織的方法之一，它可使固溶體、共晶組織和初晶組織細(xì)化。 在合金中添加少量的Ti、Zr、B、V等合金元素，以增加合金液中Al3Ti、Al3Zr、AlB2、TiB2等高熔點(diǎn)化合物作為固溶體結(jié)晶核心，

8、而使固溶體細(xì)化。在含硅較高的鋁合金液中添加磷和金屬鋼或氟化鈉、氯化鈉等混合鹽，增加硅的結(jié)晶核心，使共晶硅細(xì)化呈小顆粒狀，消除粗大的針狀和片狀硅，從而提高了機(jī)械性能。在過(guò)共晶型鋁硅合金中添加少量的磷或磷復(fù)合物，以形成AlP化合物作為初生硅的晶核，使初晶硅細(xì)化至1080m之間的顆粒狀硅晶體，消除粗大板狀、塊狀和針狀硅晶體，改善加工性能和機(jī)械性能，以獲得高耐磨的鑄鋁合金。 3.鑄鋁合金的組織及其形態(tài) 根據(jù)合金中主要元素含量的不同，可分為五類(lèi)鑄造鋁合金。合金成分不同，性5常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金能各異，主要是由于組成相及其形態(tài)不同所致。 1）鋁硅系合金 這類(lèi)

9、合金中一般含有513%硅，屬于亞共晶和共晶型合金。它具有良好的鑄造性能、氣密性和抗蝕性等優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的鑄造合金。 含硅量為1013%的簡(jiǎn)單Al-Si二元合金（ZL102），具有良好的鑄造性能，但在熔融狀態(tài)下吸氣傾向大，鑄件易形成針孔，而且鋁與硅不形成任何化合物，僅形成有限固溶體。它的金相組織是由粗大的針條狀的共晶硅和塊狀初晶硅分布在(Al)基體上（圖2），由于硅的脆性大，機(jī)械性能和加工性能也很差，不能熱處理強(qiáng)化，只能通過(guò)變質(zhì)處理來(lái)細(xì)化硅晶體改善性能，所以一般只能用于負(fù)荷不大的、形狀復(fù)雜的儀表外殼的零件。 若合金中雜質(zhì)元素鐵含量過(guò)高，會(huì)形成粗大的條片狀鐵相（圖3），使鑄件晶粒粗大，脆

10、性增加。 圖2 ZL102合金(Al)基體上分布著條片狀共晶硅和塊狀初晶硅 100 圖3 ZL102合金經(jīng)NaOH水溶液 侵蝕后黑色鐵相 1006常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 為了進(jìn)一步提高Al-Si合金的性能，通常在Al-Si合金中加入一些強(qiáng)化元素組成多元合金，使合金中形成Mg2Si、Al2Cu、S(Al2CuMg)、W(Al4Mg5Cu4Si4)等強(qiáng)化相，通過(guò)固溶沉淀來(lái)提高合金性能，根據(jù)加入合金元素量就形成了各種合金系列的牌號(hào)。為了達(dá)到鑄鋁合金規(guī)定的基本性能，一般加入合金元素含量較高，因此，可以形成相的各類(lèi)較多，有的與基體形成共晶體，有的形成化合物相

11、，一般它們以固溶體類(lèi)型的化合物或金屬間化合物存在。合金中相的形態(tài)、大小和澆注工藝及鑄件形狀有密切關(guān)系。通常組成相的形態(tài)有它固有特征，并可通過(guò)化學(xué)試劑和光學(xué)特性加以鑒別。 Si相：在Al-Si系合金中常以三種形態(tài)出現(xiàn)。 （1）初晶Si，呈邊界規(guī)則的多邊形塊狀，一般以獨(dú)立的形態(tài)存在。 （2）未變質(zhì)共晶Si，呈針狀或條片狀。 （3）變質(zhì)后共晶Si，呈短條狀或粒狀。 侵蝕前呈暗灰色有閃光，侵蝕后閃光消失變暗灰色。在偏光下有微紅反射，硬度達(dá)1380HV。 Mg2Si相：是Al-Si系中的強(qiáng)化相，在拋光態(tài)呈亮灰色，隨拋光時(shí)間延長(zhǎng)變?yōu)樗{(lán)棕色。初晶為多角形，共晶多呈魚(yú)骨狀或分枝，實(shí)際生產(chǎn)中在鑄件偏析處均能見(jiàn)到

12、。它不受NaOH水溶液侵蝕，而混合酸、硝酸、氫氟酸和磷酸等水溶液均能使其強(qiáng)烈侵蝕（圖4）。 Al2Cu相：是主要強(qiáng)化相之一，在未侵蝕時(shí)為亮灰色略帶微弱的玫瑰紅，在高銅區(qū)呈網(wǎng)狀共晶。而低銅區(qū)常沿晶界呈橢圓狀共晶，當(dāng)用0.5%HF水溶液侵蝕后為白亮色（圖5），用25%HNO3或10%NaOH水溶液熱蝕后變?yōu)殂~紅色或褐色。7常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 W(AlxCu4Mg5Si4)相：強(qiáng)化效果不明顯，在拋光狀態(tài)下為淺灰色，其形狀有骨骼狀和塊狀。經(jīng)0.5%HF侵蝕后變?yōu)樽丶t色，用25%HNO3侵蝕后為深褐色。 Al6Cu3Ni相：在組織中數(shù)量較少，在高溫下較穩(wěn)

13、定，可提高合金高溫性能。在拋光條件下，外形較圓滑，呈骨骼狀結(jié)晶，顏色較亮，侵蝕時(shí)易顯示相界。 Al3Ni相：亦稱(chēng)相，常與(Al)組成二元共晶，以棒、片狀結(jié)晶出現(xiàn)，拋光態(tài)為明灰色，在0.5%HF水溶液侵蝕下發(fā)黑。 Al3Ti相：在耐熱鑄鋁合金中增加耐熱性，細(xì)化晶粒，拋光態(tài)下呈棒狀或長(zhǎng)片狀，不受0.5%HF水溶液侵蝕，性脆，不受熱處理影響。圖4 顆粒狀共晶Si(變質(zhì))+(Al)+塊狀多角 形初晶Mg2Si和分枝狀共晶Mg2Si(黑色)， 混合酸侵蝕 100 圖5 灰色共晶Si+黑色針狀鐵相 +白亮色Al2Cu相 (黑色塊狀為顯微縮孔 ) 1008常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與

14、檢驗(yàn)鋁合金鋁合金Al3Fe相：含雜質(zhì)Fe較高時(shí)，易出現(xiàn)Al3Fe相（硬度960HV）。拋光態(tài)呈灰色粗針狀為主，割裂基體，增加脆性，降低強(qiáng)度。適當(dāng)加入一些錳元素，可改變鐵相的組織形態(tài)，從而降低其危害性。(Al9Fe2Si2)相：其形態(tài)為片狀或?qū)掅槧睿蕼\灰色，在偏光下有亮色外圈，用0.5%HF水溶液侵蝕后呈棕色。其硬度為578HV。(Al12Fe3Si)相：初晶(Al12Fe3Si)相為不定形片狀，但一般以共晶形式存在為骨骼狀，未侵蝕時(shí)呈亮灰色，與(Al)交界處有黑色外圈。用H2SO4或NaOH水溶液侵蝕變黑色，其硬度為330360HV。AlFeMnSi相：其形態(tài)以骨骼狀或“漢字”狀，隨合金中F

15、e含量增高而增多，用0.5%HF水溶液侵蝕后呈棕色或黑色，不受25%HNO3水溶液侵蝕，因此可與W(AlxCu4Mg5Si4)相加以區(qū)別。N(Al7Cu2Fe)相：呈針片狀，一般沿晶界分布，主要在Al-Cu合金中出現(xiàn)，Al-Si系中主要在ZL110合金中出現(xiàn)，以提高耐熱性，有時(shí)在ZL107合金中也可能出現(xiàn)少量N(Al7Cu2Fe)相。侵蝕前為亮灰色，用0.5%HF水溶液侵蝕后呈棕色，用混合酸侵蝕后變?yōu)楹稚酶呗人犭姃伖夂蟪屎稚蚝谏?。Al8FeMg3Si6相：其形態(tài)呈骨骼狀或枝叉狀，不易侵蝕著色和顯現(xiàn)相界，為灰白色，在偏光下發(fā)生明顯的變色反應(yīng)。9常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的

16、組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金表8 鋁合金中常見(jiàn)的主要相及其符號(hào)單元和二元化合物18(Al)、(Si)、(Al2Cu)、 (Mg2Si)、ZrAl3、VAl2、TiB2、TiAl3、Al7Cr、Al3Fe、Al3Ni、Al6Mn、(Al4Ce)、(Mg2Al3)或(Mg5Al8)、(MgZn2)、 Al4Ce等三元化合物19S(Al2CuMg)、(AlSiFe)、(Al9Si2Fe2)、N(Al2FeSi3)、Al3(CuNi)2、Al6Cu3Ni、Al10Mn2Si、T(Al2Mg3Zn3)、Al8Mn4Ce、Al8CuCe、(MnFe)Al6、(Al12MnSi)、(Al12Fe3Si)、 AlF

17、eSi、 T(Al6CuMg4)、AlMnSi、Al7Cu2Fe、Al9FeNi、T(Al12Mn2Cu）等四元化合物11W(AlxMg5Si4Cu4)也有寫(xiě)成W(Al4Mg5Si4Cu4)、Al8FeMg3Si6、Al12Cu(MnFe)、Al6(CuFeMn)、Al12(CrFe)3Si、AlFeMnSi、AlCrFeSi、AlCuFeSi、T(AlZnMgCu)、AlFeSiNi、AlCeCuSi等五元化合物2AlMgSiFeNi、AlCeNiFeSi共計(jì)5010常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 2）Al-Cu系合金 Al-Cu系鑄鋁合金的主要強(qiáng)化相是

18、Al2Cu,可通過(guò)熱處理強(qiáng)化，具有高的強(qiáng)度和而熱性，但鑄造性能比Al-Si系差，氣密性低，比重大，抗蝕性差。為改善性能，合金中加入一定量的Si、Mn等元素，形成Al-Cu-Si、Al-Cu-Mn等合金。為細(xì)化組織還加入少量的Ti元素，另外，合金中還存在少量的有害雜質(zhì)Fe等元素。因此Al-Cu系合金在固態(tài)下存在的主要相(Al)、(Al2Cu)、(Al9Fe2Si2)、Al3Ti、及雜質(zhì)相N(Al7Cu2Fe)相形態(tài)和Al-Si系相同外，還存在著以下兩相： T(Al12CuMn2)相：它是高溫強(qiáng)化相，初生相分布在晶界上呈片狀或枝叉狀，經(jīng)0.5%HF侵蝕后呈棕黑色，淬火加熱不溶解而留在枝晶間。溶于(

19、Al)中的Cu、Mn分解析出的T相呈彌散細(xì)小的黑色質(zhì)點(diǎn)分布在基體中（圖6）。 Al6(CuFeMn)相：呈不規(guī)則的灰白色片狀和彎曲狀沿晶分布，數(shù)量很少，固溶處理時(shí)不溶入(Al)中。圖6 淬火后相溶入(Al)中，T相在枝晶間界上， (Al)中 彌散析出T相質(zhì)點(diǎn) 20011常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 3）Al-Mg系合金 這類(lèi)合金的主要優(yōu)點(diǎn)是比重小，抗蝕性和加工性好，在造船、食品和化學(xué)工業(yè)等部門(mén)得到廣泛應(yīng)用。ZL301是含Mg10%左右的Al-Mg二元合金，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，會(huì)沿晶析出(Al8Mg5)相，并不斷聚集長(zhǎng)大，使性能下降，出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕傾向，所以在

20、ZL301基礎(chǔ)上添加少量的Si、Cr、Mn、Ti和微量Be等元素來(lái)減輕高溫氧化并細(xì)化晶粒，提高耐熱性和抗蝕性。如果加入量過(guò)多，組織中會(huì)出現(xiàn)粗大的MnAl6或Cr2Al7，增加合金脆性，Mg2Si相不能完全固溶于(Al)中會(huì)降低機(jī)械性能。當(dāng)ZL301、ZL302合金中存在雜質(zhì)Fe時(shí)，會(huì)出現(xiàn)Al3Fe相，以(Al)+Al3Fe、+(Al8Mg5)+Al3Fe、+(Al8Mg5)+Mg2Si+Al3Fe等共晶方式存在(圖7)。所以在Al-Mg系合金中除(Al)外，還有Mg2Si、(Al8Mg5)、Al3Fe、Al3Ti、和AlFeMnSi等相。(Al8Mg5)相是一種成分可變的化合物，有的稱(chēng)為Al3

21、Mg2相，在拋光態(tài)呈澆灰色骨架狀分布，量少時(shí)呈片狀或針狀。從(Al)中析出的相為粒狀。與(Al)共晶時(shí)為魚(yú)骨狀，邊緣較光滑，用25%HNO3熱蝕可溶解出現(xiàn)黑色空洞，在0.5%HF水溶液作用下有輕微腐蝕，使輪廓清晰。圖7 白色不定形晶界顯示的為(Al8Mg5)黑色片狀或枝叉狀是Mg2Si灰色片狀或密集點(diǎn)狀物是Al3Fe 0.5%HF侵蝕 20012常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 4）Al-Zn系合金 工業(yè)上應(yīng)用較廣的主要是Al-Zn-Si和Al-Zn-Mg合金，其優(yōu)點(diǎn)是Zn完全固溶在(Al)基體內(nèi)，鑄造冷卻過(guò)程中不發(fā)生分解，可獲得固溶強(qiáng)化效果，在鑄造冷卻后具

22、有淬火效應(yīng)，通過(guò)人工或自然時(shí)效后即可獲得高的機(jī)械性能。 由于Zn在鋁中有很高的溶解度，所以合金中不出現(xiàn)Zn的化合物，而Mg較高時(shí)，除部分溶入(Al)外，還可能形成Mg2Si相，合金中存在雜質(zhì)Fe時(shí)，可形成(Al9Fe2Si2)或Al8FeMg3Si6相，所以鑄態(tài)下的Al-Zn-Si合金中主要組成相有(Al)、Si、Mg2Si、(Al9Fe2Si2)等相（圖8）。 當(dāng)Al-Zn-Mg合金中添加少量的Cr和Ti時(shí)，可形成Al7Cr相和Al7Ti相，F(xiàn)e和Si是Al-Zn-Mg合金中的主要雜質(zhì)，可形成(Al12Fe3Si)相，而Cr可滲入相中取代部分Fe而成為Al12(CrFe)3Si相。所以ZL4

23、02合金在鑄態(tài)下還有Al7Cr、Al7Ti、 Al12(CrFe)3Si等相，其形態(tài)Al7Cr相呈淺灰色大塊組成物，經(jīng)0.5%HF侵蝕后稍呈灰色。而Al12(CrFe)3Si相呈淺灰色骨骼狀，當(dāng)合金中雜質(zhì)含量高時(shí)Al12(CrFe)3Si相較多，對(duì)0.5%HF侵蝕影響不大，時(shí)間較長(zhǎng)稍有腐蝕。圖8 (Al)基體上分布著Si晶體、少量(Al9Fe2Si2)和細(xì)小分散的Mg2Si和 Si不易分辨 10013常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 5）Al-稀土金屬為基的鑄造合金 該合金是近期發(fā)展的耐熱合金，它除了含有較高的Re外，還含有Cu、Ni、Mg、Mn、Zr等元素

24、。它的優(yōu)點(diǎn)是耐熱性好，不易產(chǎn)生熱裂和疏松，缺點(diǎn)是室溫機(jī)械性能差，成分復(fù)雜，其組成相沿未見(jiàn)系統(tǒng)研究。在合金組織中出現(xiàn)黑色六方塊的初生Al4Ce化合物。由于含Ce量高，比重大，易形成偏析，所以常發(fā)生局部堆集。還有較高Ce和Cu及少量Si、Fe、Ni的化合物(AlCeCuNiFeSi)，呈細(xì)小彎曲針狀和片狀分布于合金內(nèi)（圖9）。還可能存在含有Cu和Ce的細(xì)小分散呈點(diǎn)狀的AlFeMnSi相和細(xì)小白色塊狀的Al3Zr化合物。 4.鑄造鋁合金熱處理后的組織變化 為了消除偏析，改善組織，穩(wěn)定尺寸，進(jìn)一步提高機(jī)械性能，增加耐蝕性，可根據(jù)合金牌號(hào)和要求采取不同形式的熱處理來(lái)達(dá)到（圖10），其中淬火固溶處理是提高

25、機(jī)械性能的主要手段。 鑄造鋁合金在熱處理加熱保溫過(guò)程中，一些可固溶強(qiáng)化相（如Al2Cu、 Mg2Si等）溶入(Al)中，淬火后使原來(lái)鑄造組織中一圖9 (Al)基體上分布著細(xì)小彎曲 針狀A(yù)lCeCuNiFeSi的復(fù)合化合物圖10 熱處理強(qiáng)化型合金的狀態(tài)圖（以Al-Cu為例）14常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金些強(qiáng)化相消失了。有時(shí)因鑄件凝固緩冷過(guò)程中形成的粗大強(qiáng)化相未完全固溶而沿有少量殘余存在。對(duì)于Al-Cu-Mn合金在淬火加熱過(guò)程中Al2Cu溶入(Al)中，T(Al12CuMn2)相不溶解仍留在枝晶間，而且含Cu、Mn的固溶體會(huì)分解析出黑色細(xì)小彌散的T相質(zhì)點(diǎn)散

26、布在固溶體晶粒內(nèi)部，鑄鋁合金中不固溶相在淬火加熱的高溫作用下，會(huì)發(fā)生球化、聚集和長(zhǎng)大，溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，則球化、聚集和長(zhǎng)大現(xiàn)象也更明顯。如Al-Si和Al-Si-Mg系合金中的Si相，在淬火加熱后明顯變粗和球化（圖11）。由于不溶相的球化，使合金塑性增加。在Al-Si-Mg合金中的Mg2Si和Al-Cu-Mg合金中的T相也有聚集和球化現(xiàn)象，但不如Si相明顯，對(duì)于擴(kuò)散系數(shù)小而穩(wěn)定的Al3Ti、 Al3Zr、 (Al12Fe3Si)、 (Al9Fe2Si2)和N(Al7Cu2Fe)等不溶相，淬火后和鑄態(tài)相似。 為了加速?gòu)?qiáng)化相的固溶和不溶相的球化和來(lái)改善和提高機(jī)械性能，淬火加熱溫度應(yīng)盡可能提高

27、，但過(guò)高會(huì)促使Si的強(qiáng)烈聚集粗化和固溶體晶粒的長(zhǎng)大，甚至出現(xiàn)低熔點(diǎn)共晶體的熔化，形成復(fù)熔球和晶界熔化，使機(jī)械性能惡化。圖11 ZL104經(jīng)淬火加熱共晶硅發(fā)生聚集和球化，強(qiáng)化相溶入 (Al)中 20015常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金（三）變形鋁合金 變形鋁合金所含合金元素總量（1.615.3%）比鑄鋁合金元素總量（521.3%）低，離合金共晶成分較遠(yuǎn)。所以有良好的塑性，能承受冷熱加工變形，適用制造各種型材和構(gòu)件。變形鋁合金根據(jù)用途可分為防銹鋁合金（LF系）、硬鋁（LY系）、鍛鋁（LD系）、超硬鋁（LC系）和特殊鋁合金（LT）等五類(lèi)，除防銹鋁合金外，其余都可

28、通過(guò)熱處理強(qiáng)化來(lái)改善和充分發(fā)揮材料性能，是航空工業(yè)的主要結(jié)構(gòu)材料（約占6090%），在民用工業(yè)上也得到了廣泛應(yīng)用。 1.變形鋁合金的組織特點(diǎn) 1）組織呈明顯的方向性 合金經(jīng)熱態(tài)壓延、擠壓、鍛造或冷態(tài)拉伸、冷拔和冷軋等加工后，使鑄態(tài)晶粒、枝晶網(wǎng)狀化合物、粗大的強(qiáng)化相和雜質(zhì)相被破碎，沿變形方向延伸成條狀排列，具有明顯的方向性，而且變形越大，化合物破碎越嚴(yán)重，晶粒伸長(zhǎng)越厲害，呈現(xiàn)出斷續(xù)的條狀化合物和纖維組織，失去了原有鑄態(tài)的特定形態(tài)，因而增加了相鑒定的困難。（1）熱變形終了溫度的影響 熱變形終了溫度處于再結(jié)晶溫度區(qū)間或再結(jié)晶溫度以下，組織中往往處于不完全再結(jié)晶狀態(tài)，則晶粒成扁平和纖維狀，基體上會(huì)分布

29、著大量彌散析出的強(qiáng)化相和雜質(zhì)相。若完全未再結(jié)晶，則出現(xiàn)變形方向的纖維組織和破碎的質(zhì)點(diǎn)化合物。（2）變形不均勻?qū)M織的影響 變形不均勻?qū)е陆M織的不均勻，變形大的部位枝晶網(wǎng)和粗大化合物被破碎，而變形小的區(qū)域仍殘留著鑄態(tài)組織。所以粗大棒材中心往往保持較多的雜質(zhì)相和殘留鑄態(tài)組織（圖12）。16常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 2）熱處理后組織特征 經(jīng)擠壓后由于強(qiáng)化相的破碎和細(xì)化，所以淬火固溶比鑄態(tài)充分，在固溶態(tài)下組織中只有不溶雜質(zhì)相存在。變形不充分合金中殘存鑄態(tài)組織時(shí)，固溶處理后除不溶雜質(zhì)相外，還可能存在少數(shù)呈橢圓形的強(qiáng)化相。 在退火狀態(tài)下，析出彌散狀的強(qiáng)化相呈質(zhì)點(diǎn)

30、狀和雜質(zhì)相均勻分布在(Al)基體上。 總述，變形后的半成品熱處理的顯微組織是由兩個(gè)過(guò)程構(gòu)成，即原始組織的逐漸改變和由變形引起新的顯微組織成分的建立，這兩個(gè)過(guò)程疊加而成。第一個(gè)過(guò)程是改變晶粒和化合物的大小，第二個(gè)過(guò)程是形成新的晶界。變形越大，形成新晶界的過(guò)程越強(qiáng)烈，則原始組織遺留因素的影響程度越小，這就是形成變形鋁合金的固有特點(diǎn)。圖12 LY12（150mm）中心雜質(zhì)相和Al2Cu 相成堆集狀、枝叉分布，未充分破碎17常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 2.變形鋁合金的組織與形態(tài) 1）防銹鋁合金（LF）（1）Al-Mn系 3A21(LF21) 組成相除(Al)外

31、，主要由MnAl6和(FeMn)Al6及少量的(Al12Fe3Si2)、T(Al12Mn3Si2)等不溶雜質(zhì)相組成，經(jīng)擠壓后，基體(Al)晶粒伸長(zhǎng)呈纖維狀，雜質(zhì)相破碎成質(zhì)點(diǎn)狀沿變形方向分布。經(jīng)退火后纖維狀消失，MnAl6呈彌散均勻分布在基體上，雜質(zhì)相方向性減少，晶粒得到恢復(fù)，但仍保持方向性伸長(zhǎng)。 Al-Mn系合金制品容易出現(xiàn)粗晶，因?yàn)楫?dāng)連續(xù)鑄造時(shí)結(jié)晶速度快，枝晶內(nèi)形成嚴(yán)重的Mn偏析，在熱軋前加熱到400500并不能消除，熱軋后的組織仍不均勻，加上擠壓引起的變形不均勻，這就擴(kuò)大了合金的再結(jié)晶開(kāi)始和結(jié)束的溫度范圍，造成晶核少的區(qū)域內(nèi)在再結(jié)晶過(guò)程中優(yōu)先長(zhǎng)大形成粗晶。若將鑄錠加熱到600以上進(jìn)行均勻化

32、處理，有助于消除出現(xiàn)粗晶的根源。（2）Al-Mg系合金 5A02、5A03、5A06、5B05(LF1、LF2、LF3、LF6、LF7、LF10、LF11) Al-Mg系合金比重小，抗拉強(qiáng)度比Al-Mn系高。主要組成相除(Al)外，有(Al3Mg2)、MnAl6 、Al7Cr、TiAl3和雜質(zhì)相FeAl3，(FeMn)Al6和Mg2Si等相，經(jīng)熱變形后相被破碎，失去了原有形態(tài)，沿變形方向成行排列，從(Al)中析出大量的(Al3Mg2)等相的質(zhì)點(diǎn)分布在基體上。 2）硬鋁（LY） 2A012A20 硬鋁基本上是Al-Cu-Mg合金，還含有少量的Mn，加入Cu和Mg是為了形成相及S相起主要的沉淀硬化

33、作用。而Mn主要是為了改善合金的抗蝕性，也有一定的固溶強(qiáng)化作用，但Mn的析出傾向小，故不參與時(shí)效過(guò)程。18常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 根據(jù)Al-Cu-Mg系平衡結(jié)晶終了相圖鋁角部分（圖13）將包含+S、+T+S、+T+三個(gè)區(qū)域和四個(gè)兩相區(qū)與(Al)單相區(qū)，由于實(shí)際含Mg量較低，T相和相在均勻平衡態(tài)不會(huì)出現(xiàn)，而合金中的主要組成相取決于Cu/Mg之比值（表1）。合金中還存在雜質(zhì)元素組成不溶雜質(zhì)相。表1 Cu、Mg之比對(duì)組成主要相的影響合金牌號(hào)LY1LY2LY6LY10LY11LY12Cu/Mg7.41.32218.77.22.9主要強(qiáng)化相(S)SS(S)S

34、() 經(jīng)熱變形退火后，化合物保持方向性排列，在(Al)基體上析出大量的S及等強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)和不溶雜質(zhì)相。淬火加熱時(shí)強(qiáng)化相固溶于(Al)中，經(jīng)淬火后獲得過(guò)飽和固溶體和不溶雜質(zhì)相，人工時(shí)效除含有Mn的T(CuMn2Al12)相從(Al)中析出呈點(diǎn)狀彌散分布在基體上外，光學(xué)顯微鏡下無(wú)變化。 3）超硬鋁（LC） 7A037A52（LC35、LC912、LC15、LC19 ） 合金中主要含有較高的鋅，有異常的沉淀硬化作用，使強(qiáng)度、斷裂韌性?xún)?yōu)于硬圖13 Al-Cu-Mg三元相圖Al角部位19常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金鋁。該合金的最大特點(diǎn)是它有S(Al2CuMg)、T(

35、AlZnMg)和Mg2Si三種強(qiáng)化相，在淬火溫度（475）下有很大的溶解度，隨溫度的下降溶解度強(qiáng)烈地減小，所以可有效地提高合金強(qiáng)度。 在退火狀態(tài)下的組成相除(Al)外，有(MgZn2)、T(AlZnMg)、 S(Al2CuMg)、MnAl6、CrAl7和雜質(zhì)相Mg2Si、AlMnFeSi、(FeMn)Al6等淬火后晶界顯示清晰，在(Al)基體上除少量殘存S相和T相外，主要存在著仍保持方向性的難溶雜質(zhì)相。 4）鍛造鋁合金（LD） 6A02(LD2)、6B02(LD2-1)、6070(LD2-2)、2A50(LD5)、2A70(LD7)、2A80(LD8)、2A90(LD9)、2A14(LD10)

36、 鍛造鋁合金含有Cu、Mg、Si、Fe、Ni等元素，成分較復(fù)雜，組成相也較多，主要有Mg2Si、W(Al4CuMg5Si4)、Al2Cu、S(Al2CuMg)、TiAl3、Al9FeNi、AlCuNi等相，還存在著各種不溶雜質(zhì)相。經(jīng)固溶處理后，再結(jié)晶顆粒仍沿壓延方向伸長(zhǎng)，強(qiáng)化相消失，破碎難溶的Al9FeNi相汪深色棱角狀，而AlCuNi相呈淺色圓形和其他不規(guī)則的不溶雜質(zhì)相彌散分布在(Al)基體上。粗型材中心和變形量較小的部位，尚可存在殘留鑄態(tài)組織，甚至仍可看到再結(jié)晶組織外的亞晶粒，使鍛造時(shí)易產(chǎn)生開(kāi)裂。 （四）常見(jiàn)的組織缺陷 1.低倍缺陷 1）試樣制備 （1）切取部位 在具有代表性的部位或容易產(chǎn)

37、生缺陷處。鑄件一般應(yīng)取自凝固較慢的厚大部位，擠壓件在切尾后沿發(fā)問(wèn)橫向切取。 （2）切取方法 一般采用鋸切或銑割。變形鋁合金采用鋸切或剪切時(shí)，為防止淬火對(duì)切口附近影響粗晶組織的正確顯示，應(yīng)該增加切取試樣的厚度，淬火后再車(chē)削或銑削去10mm左右。20常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 （3）加工方法 切削加工量要小，防止大切削量引起表層金屬的嚴(yán)重變形，導(dǎo)致組織假象和針孔堵塞。 （4）粗糙度的要求 表面粗糙度要低，一般經(jīng)粗刨，再小進(jìn)刀量精刨，然后用200#和240#砂紙磨光。也可用刃口具有一定弧度的鋒利刀具精車(chē)，以保證而把平整光潔。加工粗糙度不超過(guò)16m。 （5）清

38、洗 試樣侵蝕前就用汽油或丙酮等清洗除油。 （6）試樣侵蝕 常用的侵蝕劑和試驗(yàn)條件見(jiàn)表2。侵蝕時(shí)間和溫度有關(guān)，直接影響到缺陷暴露的效果和質(zhì)量的評(píng)級(jí)。鑄鋁合金可根據(jù)GB1085189鑄造鋁合金針孔和HB520182鑄造鋁合金低倍試驗(yàn)方法與圖14選擇侵蝕時(shí)間和溫度。 表2 常用鋁合金低倍侵蝕劑序侵 蝕 劑 用 法 用 途1NaOH 1015%H2O 8590%6080，12min，（含Cu表面形成黑膜）或室溫延長(zhǎng)侵蝕時(shí)間用于含Cu高的合金晶粒顯示和鑄件、變形鋁合金缺陷顯示2HCl 5mlHNO3 5mlHF 10mlH2O 380ml室溫315min（可重復(fù)侵蝕）一般鋁合金晶粒亞太缺陷顯示3HCl

39、75mlHNO3 25mlHF 5ml室溫110min含Cu、Mn、Si、Mg等元素的鋁合金和高Si鋁合金4H2SO4 5.5ml蒸餾水 100ml幾秒幾分鐘純鋁表面缺陷圖14 低倍侵蝕溫度-時(shí)間曲線(xiàn)21常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 注：經(jīng)上述試劑侵蝕后可用2530%HNO3水溶液中和去除氧化膜，然后用水沖洗吹干。 2）鑄造鋁合金低倍缺陷 （1）針孔 鑄造鋁合金中針孔是常見(jiàn)缺陷，是熔煉過(guò)程中高溫液態(tài)金屬溶有的部分氫氣在鑄件凝固時(shí)未完全逸出，而在金屬內(nèi)部析出形成的細(xì)小孔洞，一般分布在鋁液凝固緩慢處上部、形狀呈圓形和橢圓形針孔，也有成網(wǎng)狀分布的針孔，形成所謂

40、蒼蠅腳和多角形，輪廓清晰，內(nèi)壁光滑，互不連通，容易和疏松區(qū)別。在斷口上為白色圓形凹坑或片狀白斑。針孔嚴(yán)重時(shí)使強(qiáng)度和塑性下降，承受液壓或氣壓的零件會(huì)產(chǎn)生滲液和漏氣。 GB1085189將針孔度分為五級(jí)，一般不超過(guò)三級(jí)。但對(duì)有氣密性要求的鑄件，要從嚴(yán)控制。 （2）疏松 它屬于鋁液冷卻凝固的結(jié)晶過(guò)程中缺陷。一般產(chǎn)生在鑄件晶粒度粗大，組織不致密的厚大熱節(jié)部位，呈不均勻分布，其形狀不規(guī)則，經(jīng)淬火處理后，疏松孔洞的邊緣變鈍。疏松割裂晶粒間的，危害較大，GB350883內(nèi)燃機(jī)鑄造活塞金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，把針孔和疏松統(tǒng)稱(chēng)為孔洞，分為分散性和集中性?xún)深?lèi)評(píng)級(jí)對(duì)照?qǐng)D。目前尚無(wú)通用的統(tǒng)一評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)零件使用要求在相應(yīng)

41、的文件中規(guī)定。 （3）縮孔 在金屬液凝固過(guò)程中收縮得不到充分補(bǔ)縮時(shí)，在鑄件最后凝固部位形成管狀或枝叉狀孔洞。其形狀不規(guī)則，呈封閉或敞露于表面的孔洞，孔壁粗糙帶有枝狀晶，常出現(xiàn)在鑄件最后凝固的熱節(jié)部位。 Al-Si系共晶型合金易形成管狀集中縮孔，有時(shí)因有共晶成分的液體填充縮孔的結(jié)果，會(huì)出現(xiàn)粗大的共晶偏析區(qū)或偏析層。 （4）裂紋 a.鑄造裂紋 一般可分為兩種：合金在凝固范圍內(nèi)結(jié)晶和收縮過(guò)程中所形成的22常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 裂紋，稱(chēng)為“熱裂紋”； 在合金完全凝固后的低溫下，具有彈性時(shí)所形成的裂紋稱(chēng)為“冷裂紋”。 鑄造裂紋有透裂和不透裂兩種形態(tài)。透裂外

42、觀呈直線(xiàn)或不規(guī)則的曲線(xiàn)。多發(fā)生在鑄件內(nèi)尖角處、厚薄斷面交接處和澆冒口與鑄件連接的熱節(jié)區(qū)等部位。熱裂斷面被氧化呈褐色或暗黑色，無(wú)金屬光澤，斷面可見(jiàn)相互分開(kāi)的晶體。顯微觀察時(shí)熱裂紋沿晶和枝晶網(wǎng)狀發(fā)展，裂紋區(qū)可能有共晶偏析產(chǎn)生（圖15）。冷裂紋一般較細(xì)小，斷口表面清潔或僅有輕微的氧化色，顯微觀察時(shí)裂紋呈穿晶和沿晶或穿過(guò)枝晶網(wǎng)的混合型。 b.淬火裂紋 由于加熱或冷速太快，零件壁厚差大引起溫差應(yīng)力導(dǎo)致裂紋，或由疏松和顯微裂紋擴(kuò)大至宏觀裂紋，則在高倍下可見(jiàn)裂紋與疏松相聯(lián)系。熱處理溫度過(guò)高引起組織過(guò)燒，使晶粒間結(jié)合強(qiáng)度降低，在淬火激冷過(guò)程中引起開(kāi)裂，則表面呈暗灰色或起泡，甚至出現(xiàn)“汗珠”現(xiàn)象（圖16），顯微

43、觀察裂紋沿晶界或枝晶分布，嚴(yán)重時(shí)形成網(wǎng)狀與復(fù)熔相并存，組織粗大，斷口呈黃色或黑色。圖15 熱裂紋的前端共晶體較多 100圖16 ZL301加熱溫度過(guò)高引起表面 “汗珠”，組織過(guò)燒 1123常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 （5）夾雜（渣） 鑄造鋁合金中的非金屬夾雜夾雜（渣）是常見(jiàn)的缺陷之一，主要是由于高溫液體金屬表面氧化成氧化膜遭到破裂形成碎片，或造型材料等不易上浮入渣和熔劑夾渣所引起（圖17），其中以氧化夾雜最為普遍。在含Mg鋁合金中是以氧化鋁和氧化鎂的混合物存在。有氧化夾雜的斷口呈暗褐色或灰色和金黃色等斑狀。 3）變形鋁合金低倍缺陷 （GB/T3246.

44、22000變形鋁及鋁合金制品低倍組織檢驗(yàn)方法） （1）粗晶環(huán) 粗晶為變形鋁合金制品及各種型材表層經(jīng)常出現(xiàn)的組織缺陷，由于粗晶常出現(xiàn)在棒材外圓，故稱(chēng)“粗晶環(huán)”。形成原因，一般認(rèn)為與擠壓過(guò)程引起金屬?gòu)?qiáng)烈變形帶有關(guān)。擠壓強(qiáng)烈變形區(qū)處于再結(jié)晶不完善狀態(tài)，當(dāng)淬火或退火加熱和保溫過(guò)程產(chǎn)生的少量再結(jié)晶核心吞并已再結(jié)晶的小晶粒，并迅速長(zhǎng)大，結(jié)果造成表層粗晶和內(nèi)層細(xì)晶的兩個(gè)組織區(qū)域（圖18）。其形成還和擠壓溫度、合金中Cu、Mg、Mn的含量、淬火加熱溫度、保溫時(shí)間及第二相的在等因素有關(guān)。它不僅明顯地降低圖17 ZL105壓鑄件中的熔渣 100圖18 LY12(460mm)粗晶環(huán) 1124常用有色金屬材料的組織與

45、檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金強(qiáng)度和工藝性能，而且在鍛造和淬火時(shí)易沿粗晶開(kāi)裂。 擠壓狀態(tài)下侵蝕檢查時(shí)，試樣周邊出現(xiàn)無(wú)光澤的非常模糊的陰影細(xì)晶區(qū)（有少量粗晶粒），稱(chēng)為“潛在粗晶區(qū)”，必須進(jìn)行淬火后才能清晰地顯示粗晶組織。 （2）非金屬夾雜 一般可分為兩類(lèi)： a.外來(lái)夾雜 主要指混入鑄錠的溶渣或落入鑄錠內(nèi)的非金屬物質(zhì)，經(jīng)侵蝕后呈褐色或凹陷黑色點(diǎn)狀和不規(guī)則狀存在（圖19），分布無(wú)規(guī)律，易和化合物、疏松混淆，可借助拋光高倍檢查確定。 b.氧化膜夾雜 主要是在熔煉和轉(zhuǎn)注過(guò)程中金屬液發(fā)生湍流、翻滾、飛濺等引起金屬氧化，以及粘在工具上的氧化膜落入鑄錠內(nèi)所造成。 氧化膜與夾雜物不同，一般不經(jīng)變形

46、很難看到，而且隨變形量增加，氧化膜出現(xiàn)機(jī)率愈大，直到變形量為80%以上才緩和出現(xiàn)，所以氧化膜往往都集中在變形量最大部位，這是和夾雜物的主要區(qū)別。經(jīng)堿溶液侵蝕后，氧化膜呈短線(xiàn)狀的黑色裂縫，一般長(zhǎng)度不超過(guò)10mm，寬約0.10.2mm左右。氧化膜易使擠壓和模鍛件發(fā)生局部分層，降低材質(zhì)機(jī)械性能。 （3）縮尾 擠壓過(guò)程中的速度、方式、潤(rùn)滑條件、?？着帕械纫蛩厥棺冃渭?nèi)外層金屬流動(dòng)不均勻，中心層金屬流動(dòng)超前于周邊層所致。一般出現(xiàn)在擠壓末端中心，形成漏斗狀或不連續(xù)狀。也有位于周邊附近或呈年輪狀線(xiàn)條，成為縮尾痕跡，圖19 LY12(50mm)非金屬夾雜25常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與

47、檢驗(yàn)鋁合金鋁合金并未破壞金屬連續(xù)性，可不作報(bào)廢處理。 （4）分層 這是存在型材內(nèi)部的線(xiàn)狀開(kāi)裂。由于板材切尾不夠，或因鑄件內(nèi)存在夾渣、氣泡等缺陷在加工時(shí)被壓延而成。它破壞了金屬連續(xù)性，是不允許存在的缺陷。 擠壓件有時(shí)表面層與內(nèi)層金屬分離，使橫向試樣邊緣處呈圓弧狀、環(huán)狀裂紋或；黑色線(xiàn)條狀缺陷，也稱(chēng)為“成層”。成層常存在于粗細(xì)晶料交界處或粗晶區(qū)。存在這種缺陷時(shí)淬火后表面易出現(xiàn)“鼓泡”。這種缺陷在加工范圍內(nèi)是允許的。 2.顯微缺陷 1）金相試樣的制備 試樣的切取部位和切取方法同宏觀試樣或相關(guān)技術(shù)條件規(guī)定的部位。試樣的磨制必須防止金屬表層嚴(yán)重變形，不能采用砂輪磨制。試樣拋光有機(jī)械拋光、電解拋光和化學(xué)拋光

48、三種方法。試樣制備程序和方法如下表：鋁合金試樣制備磨制粗磨用中等粗細(xì)的銼刀銼平細(xì)磨用由粗到細(xì)的碳化硅水砂紙?jiān)陬A(yù)磨機(jī)磨制或蠟盤(pán)上拋制拋 光機(jī)械拋光粗拋拋光織物：細(xì)帆布或毛呢；磨料：大于6m的氧化鋁粉，合成鉆石研磨膏；轉(zhuǎn)速：500600轉(zhuǎn)/分（由于設(shè)備有限，在Ni)525535545LD10(Al)+Mg2Si+CuAl2495505510LY6(Al)+S(Al2CuMg)503507518LY11(Al)+S(Al2CuMg)495505518(Al)+Mg2Si+(CuAl2)517LY12(Al)+CuAl2+S(Al2CuMg)490504507(Al)+CuAl2+S(Al2CuMg)

49、 +Mg2Si500LY16(Al)+Al20Cu2Mn2+CuAl2530540545LY7(Al)+Al20Cu2Mn2+CuAl2520530545LC4(Al)+T(Al2Mg2Zn)46547549031常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金量不夠，低熔點(diǎn)共晶體不能充分破碎，加熱時(shí)容易造成局部熔化（故大件加熱溫度應(yīng)取下限）。鍛造時(shí)加熱溫度過(guò)高或模鍛速度過(guò)快，會(huì)引起金屬的激烈變形和高速流動(dòng)，使金屬流與模壁產(chǎn)生外摩擦，而且金屬內(nèi)部變形流速不同也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦，因而使鍛件局部溫度升高，所以分模面的毛邊處變形大，溫度高，冷卻快，晶粒細(xì)容易產(chǎn)生小球狀復(fù)熔和開(kāi)裂。 淬

50、火加熱溫度過(guò)高，保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，爐內(nèi)溫度不均勻和儀表精度不夠或失靈，都可能使加熱溫度超過(guò)低熔點(diǎn)共晶體的復(fù)熔溫度而出現(xiàn)液相，發(fā)生合金過(guò)燒而報(bào)廢。 a.過(guò)燒特征 宏觀 過(guò)燒零件由于合金元素（如Mg、Zn等）燒損，使表面失去光澤呈暗灰色，還會(huì)出現(xiàn)表面起泡、金屬疤和裂紋等。但不是所有起泡都是過(guò)燒引起，合金表面和包鋁層結(jié)合不良或有成層缺陷時(shí)，在加熱過(guò)程中也可能引起鼓泡，但往往出現(xiàn)有規(guī)律的排列。圖25是LY12板材中混入LC4合金，熱處理后都出現(xiàn)鼓泡，而LY12并未發(fā)現(xiàn)組織過(guò)燒，而是包鋁層和基體結(jié)合不好而引起。 微觀 發(fā)生過(guò)燒時(shí)，化合物大量固溶，僅有難溶相存在，或偶有殘留少量的尚未完全固溶的化合物，晶粒粗化

51、，晶界平直出現(xiàn)共晶復(fù)熔小球。隨溫度的升高，32常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金過(guò)燒復(fù)熔球增多長(zhǎng)大，晶界局部地區(qū)低熔點(diǎn)共晶體熔化侵蝕固溶體，使晶界加粗。過(guò)燒嚴(yán)重時(shí)，出現(xiàn)三角晶界（圖26）。這是變形鋁合金過(guò)燒組織的三大特征。加熱溫度過(guò)高引起過(guò)燒，在淬火時(shí)容易產(chǎn)生變形和沿晶開(kāi)裂（圖27）。 合金成分不同，過(guò)燒特征不同，如LY12、LD10等合金過(guò)燒時(shí)首先出現(xiàn)復(fù)熔球，而LD7、LD8耐熱鋁合金發(fā)生過(guò)燒時(shí)，容易出現(xiàn)晶界的局部復(fù)熔加粗和相界面的復(fù)熔（難熔相界面出現(xiàn)不均勻的復(fù)熔加粗也是過(guò)燒特征之一）。復(fù)熔共晶體在高倍下可看到內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)上述特征這一，即

52、為過(guò)燒。圖26 LD10嚴(yán)重過(guò)燒組織 400圖27 過(guò)燒引起沿晶開(kāi)裂33常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 b.過(guò)燒對(duì)性能的影響 熱加工過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)燒會(huì)降低機(jī)械性能。但輕微過(guò)燒，僅在晶內(nèi)出現(xiàn)較少的復(fù)熔球，相當(dāng)于點(diǎn)缺陷，對(duì)靜強(qiáng)度和塑性影響不敏感。相反，由于加熱溫度的提高，促使強(qiáng)化相溶解更加充分，固溶體內(nèi)合金化程度比較高(表4),從而使淬火、時(shí)效后的性能提高，比輕微過(guò)燒引起抗拉強(qiáng)度降低的作用更大，只有當(dāng)過(guò)燒較重時(shí)才能引起靜力強(qiáng)度和塑性的下降（圖28）。 表4 合金元素在(Al)中的熔解度 過(guò)燒對(duì)腐蝕性能影響較大，尤其是晶間腐蝕隨過(guò)燒程度的加重而加速，抗拉強(qiáng)度和延伸

53、率損失也越大。所以對(duì)過(guò)燒組織必須嚴(yán)格控制。 航標(biāo)HB520182中將淬火后的組織分為正常組織、過(guò)燒組織和嚴(yán)重過(guò)燒組織三類(lèi)。除LY12合金薄材淬火后組織中僅有共晶復(fù)熔球可不作報(bào)廢依據(jù)外，其余合金在一般情況下，凡具有過(guò)燒特征的零件或制品均應(yīng)報(bào)廢。但檢查時(shí)制備樣品必須細(xì)致認(rèn)真，在放大400500倍觀察復(fù)熔組織結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征，避免和假相混淆。溫 度（）(Al)中的熔解度（%）CuMg3000.40.134001.90.74502.41.105003.81.655804.051.75圖28 LD8鍛件(活塞)淬火溫度 對(duì)機(jī)械性能的影響34常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合

54、金 （2）銅元素等擴(kuò)散至包鋁層 帶有包鋁層的鋁合金，含有銅等合金元素時(shí)，經(jīng)多次退火、淬火后，合金元素特別是銅原子會(huì)在高溫下沿晶界向包鋁層擴(kuò)散。嚴(yán)重時(shí)，在包鋁層表面上出現(xiàn)灰黃色的斑點(diǎn)或長(zhǎng)條，大大降低合金的抗腐蝕能力。為防止這種缺陷，應(yīng)嚴(yán)格控制熱處理加熱溫度、保溫時(shí)間，盡量減少加熱次數(shù)。 （3）晶界腐蝕 含銅量大于4%的鋁合金，在人工時(shí)效狀態(tài)下對(duì)晶界腐蝕很敏感。淬火溫度過(guò)低、淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間太長(zhǎng)、冷卻介質(zhì)溫度太高等，都會(huì)使Al2Cu等強(qiáng)化相沿晶界析出，而使材料在介質(zhì)作用下，產(chǎn)生晶界腐蝕。 檢查晶界腐蝕時(shí)，可直接在拋光態(tài)下用顯微鏡觀察晶界，或侵蝕后沿表面層呈現(xiàn)出局部晶界特別粗。晶界腐蝕破壞了金屬的連續(xù)性

55、，嚴(yán)重降低零件的機(jī)械性能，甚至?xí)斐赏蝗坏囊庀氩坏降臑?zāi)難性嚴(yán)重事故。35常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金表5 鑄造鋁合金牌號(hào)與代號(hào)對(duì)照表合 金 牌 號(hào)代 號(hào)合 金 牌 號(hào)代 號(hào)合 金 牌 號(hào)代 號(hào)ZAlSi7MgZL101ZAlSi5Cu6MgZL110ZAlCu5MnCdAZL204AZAlSi7MgAZL101AZAlSi9Cu2MgZL111ZAlCu5MnCdVAZL205AZAlSi12ZL102ZAlSi7Mg1AZL114AZAlRe5Cu3Si2ZL207ZAlSi9MgZL104ZAlSi5Zn1MgZL115ZAlMg5Si1ZL303Z

56、AlSi5Cu1MgZL105ZAlSi8MgBeZL116ZAlMg10ZL301ZAlSi5Cu1MgZL106ZAlCu5MnZL201ZAlMg8Zn1ZL305ZAlSi7Cu4ZL107ZAlCu5MnAZL201AZAlZn11Si7ZL401ZAlSi12Cu1Mg1ZL108ZAlCu4ZL203ZAlZn6MgZL402ZAlSi12Cu1Mg1NiZL109ZAlCu10ZL20236常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金表6 鑄造鋁合金的鑄造方法、變質(zhì)和狀態(tài)代號(hào)合 金 狀 態(tài)鑄 造 方 法 和 變 質(zhì) 處 理代號(hào)狀 態(tài)代號(hào)狀 態(tài)F鑄態(tài)S砂型

57、鑄造T1人工時(shí)效J金屬型鑄造T2退火R熔模鑄造T4固溶處理加自然時(shí)效K殼型鑄造T5固溶處理加不完全人工時(shí)效Y壓力鑄造T6固溶處理加完全人工時(shí)效B變質(zhì)處理T7固溶處理加穩(wěn)定化處理T8固溶處理加軟化處理37常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)鋁合金鋁合金 變形鋁合金牌號(hào)的表示方法 采用四位數(shù)字符號(hào)，第1、3、4為阿拉伯?dāng)?shù)字，第2位為數(shù)字或英文大寫(xiě)字母。第一位數(shù)字表示鋁合金組別，如2表示Al-Cu系，3表示Al-Mn系，4表示Al-Si系，5表示Al-Mg系，6表示Al-Mg-Si系， 7表示Al-Zn系，8表示Al-其他元素的鋁合金。表7 部分變形鋁及鋁合金新舊牌號(hào)對(duì)照表（GB

58、/T31901996）新牌號(hào)舊牌號(hào)新牌號(hào)舊牌號(hào)新牌號(hào)舊牌號(hào)新牌號(hào)舊牌號(hào)新牌號(hào)舊牌號(hào)1070A代L15056LF5-12B12LY96070LD2-27A09LC91060代L25A06LF62A10LY102A50LD57A10LC101050A代L35B05LF102A11LY112A70LD77003LC121030L4-15A12LF122A12LY122A80LD87A15LC151035代L45A13LF132A13LY132A90LD97A19LC191200代L55A30LF162A16LY162A14LD107A31183-11100代L5-13A21LF212B16LY16-

59、12A11LD117A33LB7338A06L62A01LY12A17LY176061LD307A52LC525A02LF22A02LY22A19LY196063LD312B50LD65A03LF32A04LY42A20LY207A03LC35083LF42A06LY66A02LD27A04LC45A05LF52B11LY86B02LD2-17A05LC538常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)銅及銅合金銅及銅合金二、銅及銅合金的金相檢驗(yàn)二、銅及銅合金的金相檢驗(yàn) 概述： 銅是使用最早、最廣泛的金屬之一，它具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和良好的抗蝕性與無(wú)磁性等特性，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防

60、建設(shè)中不可缺少的重要金屬材料。它在電氣儀表、化工、造船、機(jī)械等行業(yè)中廣泛用作導(dǎo)電元件、彈性元件、管道、抗磨零件如軸承、襯套、小齒輪等。（一）銅合金的宏觀檢驗(yàn) 1.試片要求 試片應(yīng)在具有代表性的部位切取。試片厚度一般不超過(guò)20mm，受檢面的加工粗糙度不得小于1.6m，表層不得有嚴(yán)重的取樣變形。 2.侵蝕步驟 1）試面清洗干凈； 2）浸入試劑中，當(dāng)合金組織或缺陷顯示后，要立即用清水沖洗，再用稀鹽酸溶液去除黑膜，再經(jīng)經(jīng)流水沖洗，吹干，檢查。 3.各種宏觀侵蝕劑 銅及銅合金的各種宏觀侵蝕劑見(jiàn)表9。39常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)常用有色金屬材料的組織與檢驗(yàn)銅及銅合金銅及銅合金 表9 銅及銅合金各種宏觀