A356鋁合金顯微組織及斷口分析

A356鋁合金顯微組織及斷口分析目錄1緒論 11.1斷口分析的意義 11.2對顯微組織及斷口缺陷的理論分析 11.3研究方法和實驗設(shè)計 31.4預(yù)期結(jié)果和意義 32實驗過程 32.1生產(chǎn)工藝 42．1.1加料 42.1.2精煉 42.1．3保溫、扒渣和放料 42.1.4單線除氣和單線過濾 52.1.5連鑄 62.2實驗過程 62.2.1試樣的選取 62.2.2金相試樣的制取 82.2.3用顯微鏡觀看 92.3觀看方法 102.3.1顯微組織的觀看 102.3.2對斷口形貌的觀看 113實驗結(jié)果及分析 113.1對所取K模試樣的觀看 113.2金相試樣的觀看及分析 123.2.1對顯微組織的觀看 123.2.2斷口缺陷 15結(jié)論 23致謝 24參考文獻(xiàn) 25附錄 271緒論1.1斷口分析的意義隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)展以及現(xiàn)代工業(yè)的需求，作為21世紀(jì)三大支柱產(chǎn)業(yè)的材料科學(xué)正朝著高比強度，高強高韌等綜合性能等方向進(jìn)展。長久以來，鑄造鋁合金以其價廉、質(zhì)輕、性能可靠等因素在工業(yè)應(yīng)用中獲得了較大的進(jìn)展。專門隨著近年來對軌道交通材料輕量化的要求日益迫切[1]，作為鑄造鋁合金中應(yīng)用最廣的A356鋁合金具有鑄造流淌性好、氣密性好、收縮率小和熱裂傾向小，通過變質(zhì)和熱處理后，具有良好的力學(xué)性能、物理性能、耐腐蝕性能和較好的機械加工性能[2-3]，與鋼輪轂相比，鋁合金輪轂具有質(zhì)量輕、安全、舒服、節(jié)能等，在汽車和航空工業(yè)上得到了日益廣泛的應(yīng)用[4]。然而，由于其凝固收縮，同時在熔融狀態(tài)下專門容易溶入氫，因此鑄造鋁合金不可幸免地包含一定數(shù)量的缺陷，例如間隙、氧化物、孔洞和非金屬夾雜物等[5-7]。這些缺陷對構(gòu)件的力學(xué)性能阻礙較大，如含1%體積分?jǐn)?shù)的間隙將導(dǎo)致其疲勞50%，疲勞極限降20%[8-9]。因此研究構(gòu)件中缺陷的性質(zhì)、數(shù)量、尺寸和分布位置對力學(xué)性能的阻礙具有重要意義[10]。而這些缺陷往往是通過顯微組織和斷口分析來研究的。另外，通過顯微組織和斷口分析所得到的結(jié)果能夠分析這些缺陷產(chǎn)生的緣故，研究斷裂機理，比結(jié)合工藝過程分析缺陷產(chǎn)生的緣故，從而對改進(jìn)工藝提出一定的有效措施，確定較好的生產(chǎn)工藝，以提升鋁合金鑄錠的性能。但關(guān)于該合金的微觀組織及其斷口分析研究較少，研究內(nèi)容深但不夠綜合，每篇論文多研究其部分缺陷，斷口的獲得多為拉伸端口。因此，期望對A356鋁合金的斷口缺陷有一個較為全面的研究。1.2對顯微組織及斷口缺陷的理論分析鑄件的力學(xué)性能與其微觀組織有緊密聯(lián)系[11]。A356合金是一個典型的Al-Si-Mg系三元合金，它是Al-Si二元合金中添加鎂、形成強化相Mg2Si，通過熱處理來明顯提升合金的時效強化能力，改善合金的力學(xué)性能。A356合金處于α-Al＋Mg2Si＋Si三元共晶系內(nèi)，其平穩(wěn)組織為初生α-Al＋（α-Al＋Si）共晶＋Mg2Si。其相圖如右圖1-1，在冷卻時，由液相先析出α-Al鋁，隨著鋁的析出，液相成分變至二元共晶線，發(fā)生共晶反應(yīng)，反應(yīng)式為：L→α-Al＋Si(1)圖1-1鋁硅鎂三元共晶圖圖1-1鋁硅鎂三元共晶圖由于A356的含Si量僅為7％，因此，液相成分在達(dá)到三元共晶點之前，液相消逝，凝固完全。凝固后的組織為初生α-Al基體＋（α-Al＋Si）共晶。凝固后鋁固溶體含有Si和Mg元素，在連續(xù)冷卻過程中析出Si和Mg2Si(如圖1-1)。室溫下的組織為初生α-Al、（α-Al＋Si）共晶和Mg2Si。冷卻速度較快時，次生相Si和Mg2Si彌散細(xì)小不易分辯，而表現(xiàn)出α-Al和（α-Al＋Si）共晶。在實際鑄造條件下（非平穩(wěn)凝固），除差不多相外，還可顯現(xiàn)少量α-Al＋Mg2Si＋Si三元共晶體和雜質(zhì)鐵等構(gòu)成的雜質(zhì)相和一些復(fù)雜的多元共晶相[13]。一樣來講，鑄造缺陷對構(gòu)件的抗拉強度阻礙較小，但較明顯阻礙構(gòu)件的伸長率[14]。A356鋁合金內(nèi)部缺陷要緊有偏析、縮松、縮孔、氣孔、針孔、非金屬夾雜和夾渣、金屬夾雜、氧化鋁膜、白點等。這些缺陷對其性能和強度有專門大的阻礙。因為生產(chǎn)鋁錠的鋁水是電解鋁液，電解鋁液的溫度一樣在930℃以上，是過熱金屬[15]電解過程產(chǎn)生的H2和AL2O3夾雜直截了當(dāng)進(jìn)入鋁液中，會造成H2含量高和AL2O3夾雜多[16]，H2產(chǎn)動氣孔、氣泡和白點缺陷的重要因素，AL2O3易形成夾渣；電解鋁液中的雜質(zhì)元素Fe、Si與合金中的Mn、Mg等元素作用形成Al-FeMnSi、Mg2Si等第二相，分布于晶粒內(nèi)以及晶界處，阻礙基體連續(xù)性；鑄造過程中由于清渣不完全以及凝固過程中的選分結(jié)晶和冷卻條件不當(dāng)易于生成夾雜、縮松和縮孔[17]；α-Al枝晶二次枝晶臂之間板片狀共晶體是材料中最薄弱的區(qū)域，該區(qū)域中尺寸最大的Si顆粒第一發(fā)生斷裂形成裂紋源。由于以上因素的阻礙，A356鋁合金容易斷裂，從而阻礙其強度、塑韌性和力學(xué)性能。若共晶Si呈灰色針狀和片狀，雜亂無章地分布在α-Al鋁基體上，用光學(xué)顯微鏡能夠看到鑄造過程中的鑄造縮孔、鑄造氣孔、氧化膜等缺陷。1.3研究方法和實驗設(shè)計大顆粒夾雜：用肉眼觀看其存在形式、數(shù)量、大小和分布特點（存在區(qū)域）以及夾雜物本身的形貌和大小，并結(jié)合冶煉工藝分析其來源；檢測雜質(zhì)凈化成效和晶粒細(xì)化成效。顯微夾雜：用金相顯微鏡和掃描電鏡觀看其存在形式、數(shù)量、大小和分布特點（存在區(qū)域）以及夾雜物本身的形貌和大小，并結(jié)合冶煉工藝分析其來源；檢測雜質(zhì)凈化成效和晶粒細(xì)化成效。對A356鋁合金顯微組織的觀看要緊用金相顯微鏡進(jìn)行觀看。第一是取樣：包括用長柄樣勺從和料爐鋁液、用短柄樣勺從爐外取樣以及取成品樣，將取到的熔液倒入樣餅?zāi)：蚄模得到樣餅和K模試樣，用上述取樣方法選取不同工藝參數(shù)、不同生產(chǎn)時期的試樣。將取得的試樣通過切、車、銑、磨、拋等步驟制成金相試樣，通過不同的放大倍率觀看索取試樣的顯微形貌，并獲得各個形貌的照片。關(guān)于斷口的觀看所用試樣是公司提供的，將試樣斷口處切下，在車床上將試樣切成金相試樣大小，然后通過粗磨、細(xì)磨、拋光、浸蝕制成金相試樣，通過金相顯微鏡觀看并記錄觀看到的缺陷，分析缺陷產(chǎn)生的緣故。1.4預(yù)期結(jié)果和意義1）結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)需求，對A356鋁合金進(jìn)行金相及掃描電鏡試驗，對分布在初生α-Al基體上的共晶硅相、雜質(zhì)相及氣孔等進(jìn)行觀看，分析其分布特點、形貌及阻礙。2）用掃描電鏡觀看鋁合金斷口形貌，并研究其斷裂過程及機理。3）將所觀看的斷口形貌進(jìn)行分類。2實驗過程此次實驗分為三個步驟：1）生產(chǎn)工藝，要緊是了解生產(chǎn)的概況，記錄生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)；2）實驗時期，是關(guān)鍵步驟，要熟悉實驗過程中的每個步驟，把握所需的參數(shù)；3）觀看方法，是對試樣進(jìn)行觀看的總結(jié)。2.1生產(chǎn)工藝聯(lián)信公司用的是魏橋鋁廠提供的電解鋁液，通過連鑄生產(chǎn)A356鋁合金鑄錠。該廠有四個和料爐，每爐裝料量為30t，從南到北分不為1#爐、2#爐、3#爐和4#爐。兩條國內(nèi)最大連鑄生產(chǎn)線，單塊鋁錠規(guī)格：長：740mm；寬：105（95）mm；高：55mm；重量：約9.5Kg。整跺鋁錠規(guī)格：740×740×760mm。每跺塊數(shù)：93塊。詳細(xì)工藝過程如下。2．1.1加料A356合金是一個典型的Al-Si-Mg系三元合金，要緊成分是：Si6.5%-7.5%，Mg20%-0.40%，Cu≦0.20%，Zn≦0.10%，Mn≦0.10%，Ti≦0.20%，其他元素每種≦0.05%，其余是鋁。該廠要緊生產(chǎn)A356.2鋁合金，加料方法為：向和料爐中加鋁水分為兩次，真空包（最大鋁量為9000㎏）運來鋁水后用天車吊到爐前，打開和料爐爐門開始倒鋁水，現(xiàn)在鋁液溫度在840℃-880℃表2.1A356.2鋁合金化學(xué)成份（%）SiTiMgFeCuMnZnP6.5-7.5≤0.20.30-0.45≤0.12≤0.1≤0.05≤0.05痕跡2.1.2精煉加料后為了快速平均成分和溫度，在和料爐中進(jìn)行電磁攪拌。攪拌時刻在15-20min，按照不同工藝攪拌溫度在690℃-740℃；爐內(nèi)精煉是通過噴吹以氮氣作為載體將精煉劑和清渣劑加入爐內(nèi)的，氮氣純度大于等于99.995%，噴吹時刻為5min-10min。精煉劑和清渣劑的用量為0.1%-0.2%（與Al相比）。精煉后取樣分析，按照能譜儀結(jié)果判定各個元素含量是否合格，補加硅鎂等礦石。2.1．3保溫、扒渣和放料精煉終止后保溫一段時刻（一樣在10min-15min），待溫度平均后開始扒渣。該廠運用人工扒渣，扒渣時刻在15min-30min，時刻可長達(dá)40min，費時費勁。扒渣完成后靜置5min，使成分和溫度平均。待成分和溫度符合放料條件時，打開和料爐爐門開始放料。2.1.4單線除氣和單線過濾鋁液出和料爐后先進(jìn)行在線除氣，在通過過濾，之后進(jìn)入結(jié)晶器開始連鑄。2.1.4.1單線除氣使用ALPUR-55旋轉(zhuǎn)除氣裝置進(jìn)行在線除氣(圖2-1)。這種除氣裝置為雙石墨轉(zhuǎn)子，最大金屬流量為55t/h。ALPUR凈化工藝是基于吸附凈化原理，通過轉(zhuǎn)子吹出精煉氣體，借助旋轉(zhuǎn)噴嘴產(chǎn)生平均分布的微小氣泡，并與反應(yīng)室內(nèi)的熔體充分接觸反應(yīng)使熔體凈化。精煉氣體能夠是氮氣，也能夠是氮氣與氯氣的混合氣體。圖2-1ALPUR凈化鋁熔體示意圖2.1.4.2單線過濾過濾除渣要緊是靠過濾介質(zhì)的阻擋作用、摩擦力或流體的壓力使雜質(zhì)沉降或堵滯，從而凈化熔體。上述生產(chǎn)線采納CFF雙級泡沫陶瓷過濾板，過濾箱安裝2套平行過濾板，處理流量為55t/h。過濾板為雙層30/50ppi復(fù)合泡沫陶瓷過濾板，上層過濾板的孔隙度為30ppi，底層過濾板的孔隙度為50ppi。CFF泡沫陶瓷過濾裝置能夠有效除去直徑大于20um的夾渣物，過濾效率可達(dá)75%。圖2-2為泡沫陶瓷過濾裝置工作示意圖。圖2-2CFF泡沫陶瓷過濾裝里工作示度圖2.1.5連鑄過濾后的鋁液通過溜槽流入結(jié)晶器，澆鑄機轉(zhuǎn)速為863rpm-864rpm，開始結(jié)晶出來的坯殼先由人工導(dǎo)入足輥，之后進(jìn)入校直段。鋁錠通過切定尺之后被切斷。鋁錠的冷卻是通過噴水冷卻的，分三段冷卻。冷卻水流速分不為0.137m/s、0.684m/s和1.478m/s；流量分不為133.7m3、401.1m3和883.1m3。剪切后的鋁錠通過機械手堆垛，最后捆扎。2.2實驗過程關(guān)于顯微組織及斷口分析實驗，要緊工具是顯微鏡觀看。因此實驗要緊分三個步驟：1)試樣的選取；2)金相試樣的制備；3)觀看記錄。2.2.1試樣的選取取樣時要注意取樣時期和參數(shù)，對各個試樣的詳細(xì)信息做記錄。在1#、3#、4#爐內(nèi)取樣時按下表取樣。表格如下。表2-21#爐參數(shù)表時期時刻取樣溫度熔煉8h724℃精煉0.5h737噴吹699過濾693℃表2-33#爐和4#爐參數(shù)表時期時刻取樣溫度3#爐熔煉8h747℃3#爐精煉0.5h7374#爐熔煉7024#爐精煉699℃1)爐內(nèi)取樣：爐內(nèi)取樣用長柄樣勺（如圖2-3），取樣前先給樣勺和模具刷一層涂料并烘烤干燥，保證樣勺和模具潔凈。為保證所取鋁液有代表性應(yīng)該在爐膛中心取樣，先用樣勺扒開浮渣，然后將樣勺深入液面100mm以下，防止帶入渣子。將鋁液取出后倒入樣餅?zāi)＃▓D2-2-1）得到樣餅，倒入K模（K模包括有K模本體，K模本體設(shè)置有一槽道，槽道內(nèi)設(shè)置有至少一個沿槽道寬度方向布置的斷裂楔塊）中得到K模試樣。在取K模時，一對模具要用一勺鋁水同時澆鑄完全，凡是其中一個不合格的要同時澆鑄一對。圖2-3長柄樣勺2)爐外取樣：爐外取樣與爐內(nèi)取樣大致相同，但用短柄樣勺（圖2-4-2）取樣。取樣時要逆著鋁液流盛取。圖2-4短柄取樣勺和樣餅?zāi)＃?-樣餅?zāi)＃?-短柄樣勺3)成品樣的選?。撼善蜂X錠應(yīng)選有代表性的，然后弄斷，切下斷口，采取一定措施愛護(hù)斷口防止斷口被氧化。2.2.2金相試樣的制取用金相分析的方法來觀看檢驗金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)是工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要手段，例如對原材料的冶金質(zhì)量情形如偏析、非金屬夾雜物分布類型與級不檢查；對鑄造材料的鑄造疏松、氣孔、夾渣組織平均性檢查；對鍛造件的表面脫碳、過熱、過燒、裂紋、變形等情形檢查。金相試樣的制取是十分關(guān)鍵的一步[18]，若制備不當(dāng)，則可能顯現(xiàn)假象，從而得出錯誤的結(jié)論[19]。金相試樣的制備包括：切樣、銑樣、磨樣、拋光和浸蝕。1）切樣和銑樣：所取成品斷口試樣橫截面大小不合適難以放進(jìn)磨樣機固定裝置時，應(yīng)該第一將試樣切成一定大小和形狀，注意不要破壞要觀看的斷面。在對斷面和樣餅進(jìn)行磨制前應(yīng)該先銑所要觀看的那一面，以使蓋面平坦，便于磨制。2）磨樣：磨光過程是試樣制備最重要的時期，除使試樣表面平坦外，要緊是使組織損害層減少到最低程度。試樣是用機械進(jìn)行磨制的，每次可同時磨六個試樣。第一將試樣固定在固定裝置上，然后設(shè)置參數(shù)，開啟開關(guān)進(jìn)行磨制。磨樣過程分三步：粗磨、中磨和細(xì)磨。要求每次要覆蓋上次的磨痕，磨完后要清洗掉砂紙上的殘留。磨樣過程中連續(xù)供水噴在磨樣處。磨樣時參數(shù)如下。表2：磨樣參數(shù)磨樣方式轉(zhuǎn)速（rpm）時刻(s)壓力（N）水砂紙型號冷卻水流量粗磨150903080大中細(xì)磨150180501200小拋光：試樣磨完后要進(jìn)行機械拋光，拋光的目的是去除磨光時留下的磨痕，提升試樣表面的光反射性，改善組織辨論率，要求將金相試樣拋成鏡面。拋光過程也分三步：粗拋、中拋和細(xì)拋，拋光時不噴水，有對應(yīng)的拋光液。每次拋完要將拋光布上的殘余洗凈。拋光過程參數(shù)設(shè)置如下。表3：拋光參數(shù)拋樣方式轉(zhuǎn)速（rpm）時刻(s)）壓力（N）拋光液型號（um）劑量/級不粗拋1503306090/9中拋1502706030/0細(xì)拋150240600.040/0浸蝕：所有的金相試樣都必須浸蝕，顯微組織能夠?qū)ｉT清晰顯示，便于觀看。所用浸蝕劑為0.5%氫氟酸水溶液(HF0.5mL+蒸餾水100mL)，浸蝕時刻為10s-15s。浸蝕后用清水沖洗，然后用酒精擦拭，最后用電吹風(fēng)吹干。2.2.3用顯微鏡觀看所利用的金相顯微鏡（如圖2-5）型號為Fegrapol-31，是丹麥生產(chǎn)的。顯微鏡直截了當(dāng)與電腦相連，所觀看的圖像能夠直截了當(dāng)被拍成照片傳到電腦上。利用顯微鏡對所有試樣進(jìn)行顯微組織觀看和斷口缺陷分析后可獲得顯微組織圖像和斷口缺陷圖像。圖2-5金相顯微鏡2.3觀看方法實驗觀看的內(nèi)容要緊有：顯微組織的觀看要緊是顯微組織類型、形狀和大小。斷口觀看要緊是觀看斷口的缺陷、數(shù)量、形狀和大小。2.3.1顯微組織的觀看1）α-Al基體和共晶Si相的觀看：對視野中所出現(xiàn)形狀要第一認(rèn)識組織的種類、顏色和數(shù)量等特點。對共晶Si相晶粒大小的測量第一要選定具有代表性的或顆粒便于測量的晶粒，要對不同處理的晶粒（如變質(zhì)的與未變質(zhì)的）進(jìn)行觀看。金相圖中的晶粒尺寸大小、相的分布、各相相對含量、相的特點以及化學(xué)成分等都能夠通過Image-ProPlus的運算機數(shù)字化處理來完成。2)二次枝晶的觀看：對二次枝晶的研究要緊是對枝晶間距的研究。二次枝晶間距的測量方法為截線法[20]。如圖2-4所示，即畫一條平行于一次枝晶的線和若干條平行于二次枝晶臂且垂直于一次枝晶的線，通過測量各條平行線的間距大小并取平均值來運算二次枝晶的平均間距。只取與一次枝晶相連且二次枝晶臂完整的枝晶進(jìn)行測量。圖2-4二次枝晶測量方法在金相圖片中找出符合要求的位置，先畫出一次枝晶的平行線，再畫出垂直于一次枝晶并平行于二次枝晶臂的線，測量截線上兩平行線間距，并運算平行線間二次枝晶臂的數(shù)量，將所得數(shù)值除以二次枝晶臂數(shù)量，即獲得所需要測量的二次枝晶間距，為了準(zhǔn)確獲得二次枝晶間距，選取金相圖E處測量位置，并將所獲得的二次枝晶間距再次求平均值。近似運算DCS如下：DCS=L/n(2)式中，L為圖像中任意截線的長度，n為截線所截胞界的總數(shù)或截線與共晶區(qū)域交點的總數(shù)。2.3.2對斷口形貌的觀看1）肉眼觀看：關(guān)于K模，要緊是用來檢查鋁液純潔度的。將一對K模標(biāo)記上1-10，然后弄斷。檢查對應(yīng)斷口，看斷口的夾渣（即小黑點數(shù)）。將數(shù)出的黑點數(shù)除以10得到K值，按照K值判定鋁液是否合格。表格如下：表2.4各時期K值級不K值級不<0.10.1-0.50.5-1.01.0-5.05.0-10>10ABCDEF其中，關(guān)于澆包A級為合格，靜置爐B級合格，和料爐E級合格。2）金相觀看：關(guān)于顯微缺陷的觀看只能借助于顯微鏡，要持續(xù)移動物鏡盡量觀看斷面所有的地點，用不同放大倍數(shù)的物鏡觀看，觀看不同放大倍率下缺陷所出現(xiàn)的形狀。3實驗結(jié)果及分析要緊分析實驗過程所獵取K模試樣和金相試樣。K模試樣要緊是用肉眼觀看夾渣數(shù)；金相試樣要緊觀看鋁基體和共晶硅的形狀以及斷口缺陷形貌。3.1對所取K模試樣的觀看所取K模（如圖3-1）分為精煉前、精煉后、過濾前和過濾后的鋁液澆鑄的，粗略地觀看和分析鋁水純潔度以及精煉、除氣和過濾成效。圖3-1K模試樣通過數(shù)所選K模斷口夾渣數(shù)，得到K值分不如下表：表3.1各時期所得K值時期K值（加精煉劑）K值（加清渣劑）熔煉3.53.6精煉2.31.2除氣0.50.4過濾0.10.1通過上述表格所得數(shù)值與標(biāo)。表2.4比較可知，各時期鋁水均合格；通過各時期數(shù)值比較可知：精煉后專門是加清渣劑后鋁水純潔度升高，另外除氣和過濾均有除渣成效。3.2金相試樣的觀看及分析金相顯微鏡能夠觀看試樣顯微組織形狀及分布，還能夠?qū)Я６却笮『投沃нM(jìn)行測量；對斷口缺陷類型及形狀、大小及數(shù)量和分布進(jìn)行觀測。3.2.1對顯微組織的觀看要緊觀看鋁合金中α-Al基體（如圖3-2a和圖3-3b、圖3-3c、圖3-3d中A）形狀和共晶Si相形狀、大小。按照Al-Si二元合金相圖，A356鋁合金屬于亞共晶合金，其凝固過程先析出初生Al枝晶，然后Al-Si共晶體在枝晶臂之間形成。3.2.1.1未經(jīng)變質(zhì)處理未經(jīng)變質(zhì)處理的共晶Si一樣呈針狀（如圖3-2a和圖3-3b、圖3-3c、圖3-3d中B），顏色比α-Al基體深。裂紋的萌生與Si相有緊密關(guān)系[21]：（1）共晶Si與共晶Al界面為非共格界面，存在空位缺陷，在應(yīng)力作用下這些空位互相結(jié)合長大，導(dǎo)致了共晶Si與Al基體的界面分離；（2）共晶Si與Al基體的塑性不同，Si相為脆性相，而Al基體為塑性相；在應(yīng)力作用下直徑最大的Si相[22]優(yōu)先發(fā)生斷裂，成為裂紋源。共晶Si呈灰色針狀雜亂無章地分布在α-Al鋁基體晶界上(如圖3-2a中方框內(nèi))，當(dāng)裂紋擴展遇到與裂紋前進(jìn)方向相異的共晶硅粒子時，將截斷共晶硅粒子，使硅粒子發(fā)生斷裂[23]，即穿晶斷裂。3.2.1.2變質(zhì)處理后加鍶變質(zhì)成效最好，鍶變質(zhì)有專門好的長效性，可使變質(zhì)成效堅持長達(dá)5-8小時。變質(zhì)后的共晶硅顆粒大部分呈點球狀或短纖維狀（如圖3-2b、圖3-2d和圖3-2c中的B2）。但研究表明，鍶的加入加大了鋁熔液的吸氣性[24]。由于變質(zhì)后共晶硅形狀的改變，可使得合金性能有所提升。圖3-2a未變質(zhì)無缺陷圖3-2b典型縮松（變質(zhì)后）圖3-2c典型氣孔+渣（變質(zhì)后）圖3-2d典型縮孔（變質(zhì)后）3.2.1.3二次枝晶二次枝晶（如圖3-2b和3-2c中的B3）是在一次枝晶臂上生出來的，形狀如樹枝狀，比一次枝晶要細(xì)。二次枝晶間距的大小是微觀組織中一個重要數(shù)據(jù)，是衡量組織優(yōu)劣的重要參數(shù)。二次枝晶間距大小是評判凝固組織優(yōu)劣的重要特點，二次枝晶臂間距大小直截了當(dāng)阻礙著成分偏析、第二相及顯微孔洞的分布，另外，枝晶與枝晶間塊狀共晶體的強度高于二次枝晶臂之間板片狀共晶體，因此板片狀共晶體是A356合金的薄弱環(huán)節(jié)，裂紋第一在那個區(qū)域萌生[25]。按照圖2-4和式（2）可分不測量出圖3-2b和3-2c中矩形方框中所標(biāo)注的二次枝晶間距為：13.08um和17.78um。其中L分不為：65.36um和53.33um。n分不為：5和3。那個成果在國內(nèi)同類行業(yè)中是比較先進(jìn)的。3.2.2斷口缺陷斷口缺陷分析是分析鋁合金斷裂機理的重要方式，在所取試樣中觀看到的缺陷有：縮松、縮孔、氣孔、針孔、非金屬夾雜和夾渣、氧化鋁膜（表現(xiàn)為混皮、渣皮等）。3.2.2.1縮松和縮孔1）縮松的形狀：縮松（如圖3-2b中的C和3-3a中的C）和縮孔（圖3-3b中的C和圖3-2中的d）是鑄錠在凝固過程中，由于合金在液態(tài)和固態(tài)的體積收縮得不到補充而產(chǎn)生的細(xì)小而分散的孔洞性缺陷。在金相顯微鏡下觀看，縮松表現(xiàn)為沿晶界形成的形狀不規(guī)則的圖形，顏色單一且比基體深?？s孔表現(xiàn)為沿晶界較規(guī)則的圖形，多近似為圓形，顏色單一且比基體深。圖3-3a典型縮松（變質(zhì)后）圖3-3b典型縮孔（未變質(zhì)）2)產(chǎn)生緣故：縮松一樣包括收縮縮松和氣體縮松。收縮縮松產(chǎn)生的機理是金屬鑄造結(jié)晶時從液態(tài)凝固成固態(tài)，體積收縮在樹枝晶枝杈間因液體金屬補縮不足而形成空腔，這種空腔即為收縮縮松。一樣尺寸專門小，難以幸免。氣體縮松產(chǎn)生的機理是：熔體中未出去的氣體氫氣含量較高，氣體被隱藏在樹枝晶枝杈間隙內(nèi)，隨著結(jié)晶的進(jìn)行，樹枝晶枝杈互相搭接形成骨架，枝杈間的氣體和凝固時析出的氣體無法逸出而集聚，結(jié)晶后這些氣體占據(jù)的位置形成空腔，即為氣體縮松。當(dāng)體積收縮大而液體金屬補縮嚴(yán)峻不足時就會形成縮孔。3）危害：縮松使鑄錠密度減小，致密性降低專門是降低高強鋁合金的沖擊韌性和斷面收縮率，在熱軋和鍛造時易引起裂紋。縮孔破壞了金屬的連續(xù)性，嚴(yán)峻阻礙工藝性能，截取鑄錠坯料時必須去掉。4）預(yù)防措施：按照縮松和縮孔產(chǎn)生緣故和形成過程可知，有如下的預(yù)防措施：a）降低熔體中氣體含量，如烘爐完全、精煉劑和所需工具烘烤完全、降低各種材料的水含量、防止熔體在爐內(nèi)時刻過長、防止熔體過熱等。b）縮小鑄錠中過渡帶的尺寸，如：采納合適的漏斗平均供流適當(dāng)提升鑄造溫度和降低鑄造速度、適當(dāng)提升水壓以提升鑄錠冷卻強度、適當(dāng)降低開始凝固溫度和凝固終了溫度差。3.2.2.2氣孔和渣孔1)形狀：氣孔（如圖3-2c中的D）是鑄件組織中的圓形空泛，它是內(nèi)表面光滑的球狀空泛缺陷，其為未逸出的氣泡在鑄錠中形成的缺陷，其在顯微鏡下觀看呈規(guī)則的圓形，然而析出位置不固定；渣孔（如圖3-3c中的D）是氣孔中卷入渣滓形成的，其內(nèi)表面就不再是光滑的，在顯微鏡下觀看呈不太規(guī)則的圖形且顏色不一致。圖3-3c典型渣孔（未變質(zhì)）2)產(chǎn)生緣故：熔體中的氣體以氣泡析出，必須具備三個條件：一是溶解的氣體處于過飽和狀態(tài)；二是氣泡內(nèi)的壓力之和大于作用與氣泡的外壓力；三是有大于臨界尺寸的氣泡核。在實際鑄造條件下由于熔體中總是存在大量的非金屬夾雜物、結(jié)晶體和精煉時未逸出的氣泡因此熔體中的非自發(fā)氣泡核專門容易形成。另外結(jié)晶前沿造成的氫含量的過飽和對氣泡的形成造成有利條件。3)阻礙氣孔和渣孔形成的要緊因素：a）熔體原始含氣量高。熔體原始含氣量愈大，則溫度降低時析出的氣體愈多；結(jié)晶界面上液相過飽和濃度愈大，導(dǎo)致形成氣泡的過飽和區(qū)域愈寬；時刻愈長，則愈促使氣孔的形成。b）冷卻速度。鑄錠冷卻速度愈快，氣體擴散愈不充分，且來不及析出，因而承諾不產(chǎn)動氣孔的氣體過飽和度增大，導(dǎo)致形成氣泡的過飽和區(qū)域愈窄；同時，冷卻速度愈大，過渡帶愈窄，枝晶不易封閉液相，因而愈能降低形成氣孔的傾向。c）合金成分。合金成分阻礙原始含氫量，氫在合金中的擴散系數(shù)、分配系數(shù)以及結(jié)晶區(qū)間的大小都會不同程度的阻礙氣孔的形成及分布。d）鑄造工藝條件。要緊通過改變結(jié)晶方式、過渡帶尺寸來阻礙氣孔的形成及分布。e）非金屬夾雜含量。非金屬夾雜愈少，則承諾產(chǎn)動氣孔的臨界含氫量愈高。4)預(yù)防措施：1）從原料、工具、設(shè)備、工藝等方面入手降低含氣量。2）適當(dāng)提升鑄造溫度、降低鑄造速度，建立良好的析氣條件便于氣泡上浮。3）提升鑄錠冷卻速度阻止氣體以氣泡形式析出。3.2.2.3非金屬夾雜物1）形狀：非金屬夾雜(如圖3-3d中E)沒有固定的形狀，多為塊狀，與基體顏色不同。圖3-3d典型非金屬夾雜（變質(zhì)不足）圖3-3e典型夾渣（未變質(zhì)）2）非金屬夾雜產(chǎn)生緣故：在熔煉和鑄造過程中，來自熔劑、爐渣、爐襯、油污和灰塵中的氧化物、氮化物、碳化物等帶入熔體，且除渣不完全，在鑄錠中則產(chǎn)生夾雜。3）防治措施：a）將材料中的油污、水分和灰塵等清除潔凈。b）爐子、溜槽和澆道處理潔凈。c）精煉要好，精煉溫度不能太低，防止渣子分離不行爐渣要除凈。d）提升鑄造溫度以增加金屬流淌性，促進(jìn)渣子上浮。3.2.2.3夾渣1）形狀：夾渣（3-3d中的E）往往是非金屬夾雜物，是鑄錠中單個顆粒較大的顆黑色?；蚣?xì)小成群簇狀細(xì)粒。2）產(chǎn)生緣故：夾渣常常是隨液體金屬一起掉入鑄錠中的爐渣、爐襯碎塊兒或塊度較大的氧化物所造成的。3）防止措施：1）認(rèn)真精煉，保證靜置時刻，采取過濾措施。2）保持金屬液面安靜，最好采納同水平鑄造。3）烘烤工具要完全，適當(dāng)提升鑄造溫度，鑄造完成后認(rèn)真清理爐子及其它工具。4）使用清潔的爐料。3.2.2.3氧化膜和渣皮1）形狀：氧化膜(如圖3-3d和3-3f中的F)是氧化鋁形成的非金屬夾雜用顯微鏡觀看氧化膜為黑色線狀包留物，黑色為氧化膜，淺色為基體，當(dāng)氧化鋁膜中有渣子時就為渣皮（如圖3-3g中的F）。圖3-3f典型氧化膜（變質(zhì)后）圖3-3g典型氧化膜（未變質(zhì)）2）形成緣故：氧化膜形成的機理要緊有兩個：一是在熔煉和鑄造過程中熔體表面始終和空氣接觸，持續(xù)進(jìn)行高溫氧化反應(yīng)形成氧化膜并覆蓋在熔體表面。當(dāng)攪拌和熔鑄操作不當(dāng)時浮在熔體表面的氧化皮被破裂比卷入熔體內(nèi)，最后留在鑄錠中。二是鋁合金熔煉時，除了使用原鋁錠、中間合金和純鋁等作為爐料外，還加入一定數(shù)量的廢料（碎屑、廢鋁錠等）。廢料成分復(fù)雜，尺寸小、質(zhì)量差、存在著大量的氧化物夾雜，在熔煉過程中由于除渣不凈，氧化物夾雜進(jìn)入熔體成為氧化膜。3）預(yù)防措施：a）將原輔助材料的油污、腐蝕產(chǎn)物、灰塵、泥沙和水分等清除潔凈。b）熔煉過程中盡量少反復(fù)補料和沖淡，攪拌方法要正確，防止表面氧化皮成為碎塊掉入爐內(nèi)。c）空氣濕度不能大。d）提升熔煉溫度，除渣除氣時刻不能太短，靜置時刻要足夠。e）使用的各種工具要預(yù)熱。f）鑄造溫度不能過低，要保證熔體的良好流淌性。結(jié)論按照所觀看的結(jié)果和對實驗結(jié)果的分析，以及結(jié)合實際工藝克的如下結(jié)論：1）斷口缺陷要緊有縮松、縮孔、氣孔、針孔、氧化鋁膜、非金屬夾雜和夾渣等?？s松是沿晶界析出的不規(guī)則圖形，顏色一致；縮孔沿晶界析出，多為圓形；氣孔析出位置不定，形狀多為較規(guī)則的圓形；氧化膜是黑色細(xì)長的線條；非金屬夾雜和夾渣是顆粒呈簇狀或單個大顆粒。其中縮松和針孔阻礙合金致密性；縮孔、氣孔、氧化鋁膜、非金屬夾雜和夾渣阻礙合金的連續(xù)性。因此這些缺陷都會對合金的斷裂有不良阻礙。2）加精煉劑比加清渣劑的斷口夾渣要少，在溫度為724℃-737℃，加入精煉劑50Kg，精煉時刻28min-30min，攪拌時刻20min時工藝成效最好。3）變質(zhì)后共晶硅的形狀由針狀變成點球狀或短纖維狀，測得兩種二次枝晶間距大小分不為13.08um和17.78um，對合金性能專門是裂紋的萌生有一定阻礙。致謝本文自始自終是在指導(dǎo)老師國棟老師的指導(dǎo)下完成的，本文從選題、實驗設(shè)計、實驗過程指導(dǎo)直到最后論文的定稿都得到了國老師的指點和關(guān)心。他對我諄諄教誨、嚴(yán)格要求，認(rèn)真檢查我在課題進(jìn)展過程中的每一步工作，使我形成了一套完整而系統(tǒng)的治學(xué)思維與研究方法，使我真正地明白得了做學(xué)咨詢搞課題研究應(yīng)從何入手、從何深入，還使我真正具備了獨立從事科學(xué)研究的素養(yǎng)與能力。同時，他還在為人方面給予了我極大地關(guān)心、教誨和鼓舞，并對我的前途與進(jìn)展寄予深切的關(guān)注和指點，我在此謹(jǐn)表示衷心地感謝。這次試驗一直在聯(lián)信戴卡公司完成，包括各個試樣的選取、試樣的制備、試樣的觀看、工藝參數(shù)的補充以及圖片的采集等。工廠的張總和各位師傅給與了大力支持和關(guān)心，專門是陳君衛(wèi)師傅關(guān)于觀看金相試樣給與許多指導(dǎo)。在此表示深深的謝意。最后向以上所有的人士以及所有關(guān)注我成長的人士致以最真誠的感謝。對評審論文和參加答辯的各位老師、專家致以最真誠的感謝，感謝您們在論文評審和答辯過程中提出的寶貴意見，愿您們平安健康歡樂!參考文獻(xiàn)[1]朱正峰.AI-Ti-B中間合金的制備及其細(xì)化性能的研究[D].甘肅:蘭州理工大學(xué).2008,5[2]EjioforJU,ReddyRG.EffectsofporouscarbononsinteredAl-Si-Mgmatrixcomposites[J].JournalofMaterialsEngineering[3]AtxagaG,PelayoA,IrisarriAM.EffectofmicrostructureonfatiguebehaviorofcastAl7-Si-Mgalloy[J].MaterSciTech[4]趙鴻.鋁在汽車內(nèi)的應(yīng)用［J］.汽車工藝與材料，1997，1:19-24[5]MayerH,eta.lInfluenceofporosityonthefatiguelimitofdiecastmagnesiumandaluminumalloys[J].IntJFatigue,2003,25:245-256[6]WangQG,ApelianD,LadosDA.FatiguebehaviorofA356-T6aluminumcastalloys.PartIEffectofcastingdefects[J].JournalofLightMetals,2001(1):73-84[7]AvalleM,eta.lCastingdefectsandfatiguestrengthofadiecastaluminumalloy:acomparisonbetweenstandardspecimensandproductioncomponents[J].IntJFatigue,2002,24:1-9[8]CatonMJ.Predictingfatiguepropertiesofcastaluminumbycharacteringsmallcrackpropagationbehavior[D].Universityof[9]Buffier`eJY,SavellibS,JouneauPH.ExperimentalstudyofporosityanditsrelationtofatiguemechanismsofmodelAl-Si7-Mg0.3castAlalloys[J].IntJFatigue,2002,24[10]冉廣,周敬恩,王永芳,席生岐.A356鋁合金微觀組織及其拉伸性能[J].西安:金屬熱處理2007，（32）[11]易有福,龍思遠(yuǎn),徐紹勇,王瑞斐,唐曉亮.低壓鑄造A356鋁合金輪轂的微觀組織和力學(xué)性能[J].特種鑄造及有色合金.2008,28[12]毛協(xié)民.汽車輪轂用A356鋁合金簡介[J].汽車工藝與材料.2011,10[13]AVALLEM.Castingdefectsandfatiguestrengthofadie-castaluminumalloy:acomparisonbetweenstandardspecimensandproductioncomponents[J].Int.J.Fatigue,2002,24:1-9[14]劉小山,何國求,范宋杰.A356鋁合金的單軸疲勞特性及斷口分析[J].金屬功能材料,2008，8[15]孫建華.電解鋁液生產(chǎn)鋁合金扁錠工藝技術(shù)研究與實踐[J].科苑論壇,鋁加工.2005,1[16]吳文祥，陳琦,馬科.電解鋁液制700鋁合金的鑄態(tài)組織與性能[J].特種鑄造及有色合金2009,29（11）[18]段虹,李麗霞,何敏祿.金相試樣制備技術(shù)之一:金相試樣的截取和鑲嵌[J].天津:天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報.1998，2[19]張載明.金相試樣磨光和拋光技術(shù)的探討[J].機械開發(fā).1998，1[20]鄒勛.結(jié)晶壓力對真空差壓鑄造鋁合金二次枝晶間距的阻礙[D].江