铝及铝合金金相检验

1、铝及铝合金金相检验、槪述铝及铝合金密度很小，具有优良的塑性、高的导电性，导热性、抗蚀性能，其铸造性、切削性、加工成型性能也十分优异，特别是通过合金化、热处理、加工硬化等手段可以显著提高铝合金的强韧性，并使它们的比强度和比刚度远远超过一般的合金结构钢，因而它们的应用极为广泛，是航空航天工业不可缺少的材料，如用作飞机的机身、蒙皮；在机械、化工、电力、仪表、建筑、交通运输等领域也得到广泛的应用，如铝导线、发动机活塞、气缸、气缸盖、散热器、建筑型材。随着材料技术的进步，各类新型铝合金及其铝合金制备技术也在不断出现，如铝锂合金、耐热铝合金、高强高韧铝合金、铝基复合材料、快速凝固技术、喷雾沉积技术等，对铝

2、合金的分析检验也提出了新的要求。铝及铝合金金相检验的一个重要内容是检验铝合金在加工过程中形成的不良组织，如铸造铝硅合金中的针状共晶硅、铸造铝合金中的针孔及各类宏观缺陷、加工铝合金中的加工缺陷、铸造及形变铝合金热处理过程中产生的过热过烧组织等，这些不良组织会严重恶化铝合金的件能，必须通过金相检验来判定铝合金制品的质量，探讨各种缺陷的形成原因，以改进工艺，提高制品的质请。因而金相检验是铝合金制品质量榨制的重要手段。铝及铝合金中的相分析主要依赖于相图的运用，铝是面心立方晶格，无同素异构转变，因而铝合金的强化主要侬靠合金化（固溶强化）、时效强化(弥散强化)和冷加工(加工硬化），铝合金中出现的各类相均可

3、以在有关的相图中得到。确认各种合金(杂质)元素的加入而形成的金属间化合物相是铝合金金相检验的另一个重要内容。按生产方法可将铝合金分为铸造铝合金和形变铝合金。铸造铝合金根据主要合金元素分为铸造铝硅合金(ZL1XX)、铸造铝铜合金(ZL2XX)、铸造铝镁合金(ZL3XX)、铸造铝锌合金(ZL4XX)、压铸铝合金等。二、铝合金的宏观检验无论是铝及铝合金铸件、变形铝及铝合金铸锭还是变形铝合金加工材、制品，都会在熔炼、凝固结晶、变形加工成型、热处理等过程中由于种种原因在制品中产生相应的缺陷宏观检验使用简单的手段，可以在很大的范围内对铝合金制品的内在缺陷进行检验，因而是一种行之有效的常规检验手段。宏观检验

4、包括断口检验和低倍检验两种方法。1. 宏观检验试样的制备铝合金低倍检验试样应根据检验目的或按照有关标准的要求从特定的部位取样，对受检面应釆用铣切加工方法（或其他方法)使其表面粗糙度不低于Ra3.2m，再用汽油、酒精、丙酮等溶剂将试样表面的油污去尽，以利于低倍组织的清晰显示。铝合金的低倍试样的侵蚀常用碱蚀法，即对铸件和铸锭试样在室温下用80120g/L（或w=10%15%）的NaOH水溶液，对加工制品试样在室温下用150250g/L的NaOH水溶液。不同的合金分别侵蚀不同的时间（330min），并应以显示组织缺陷清晰为止。侵蚀剂的用量与试样浸入部分体积之比应不小于10。试样侵蚀后，先用水冲洗，然

5、后用w=20%30%的HNO3水溶液除去试样表面的黑色腐蚀膜，去膜后用水冲洗干净并干燥，即可进行检验。低倍试样也可擦蚀，但以侵蚀法为准。2. 宏观检验金相标准目前铸造铝合金低倍检验金相标准只有一个，即JB/T7946.3-2017铸造铝合金针孔，该标准将针孔度分为五级，并给出了五级针孔度的标准图片，检验时可将试样对照分级标准图片作目视比较，确定试样的针孔度等级。铸造铝合金中的其他宏观缺陷还有很多种，但目前尚无相关的标准对各类缺陷予以定义及分级，因此，其检验可以参照变形铝及铝合金铸锭缺陷标准进行检验。3. 铝合金中的宏观缺陷种类及特征GB/T3246.2-2012变形铝及铝合金制品组织检验方法

6、第二部分：低倍组织检验方法规定了变形铝及铝合金铸锭和加工材、制品的低倍组织检验时试样制备(包括圆铸锭、挤压制品、锻件、板材费）、试样侵蚀、组织检验、缺陷分类及试验记录等内容。该标准中将缺陷分为22种，分别为：疏松。在晶界及枝晶网络等地方产生的宏观或微观的分散性微孔，造成铸件组织不致密。易出现于厚壁铸件的热节部位，形状不规则，常可见明显的树枝晶。非金属夹杂。混入铸锭中的熔渣或落入铸锭内的其他非金属杂质。外来金属夹杂及白斑。铸造过程中掉入铸锭内的其他金属的条、块及片为外来金属夹杂，因合金熔体的液流冲动而将铺底铝卷入铸淀内形成白斑。氧化膜。在低倍试样上呈短线状裂纹，多集中于最大变形部位，并沿金属流线

7、方向分布，其断口呈白色、灰色或金黄、黄褐色的小平台。化合物(一次晶）。为形状规则的粗大化合物，一般在侵蚀后的低倍试样上呈凸起的边界清晰的聚集物，在断上为呈闪亮反光的小晶体群。羽毛状晶。又称花纹状组织，为择优取向的孪晶，诙低倍组织由许多平行的细条组成，显微观察时，羽毛状晶的枝晶网络比柱状晶等轴晶都细，而且化合物的分布比较连续，断口呈片状。光亮晶粒。在横向低倍试样上为色泽光亮，对光线无选择性，并有树枝状结晶特征的组织，其显微特征为枝晶粗大，网络稀薄。气孔。低倍横向试样上未经侵蚀即可显现的表面光滑的圆形或椭圆形孔洞常与疏松伴生，压力加工后，气孔可被变形，但不能压合。冷隔。铸造时由于液流中断或供给不足

8、，靠近槽壁的熔体金属不能形成一结晶整体，分成内外两层试样不经侵蚀即可发现。铸造裂纹。合金在结晶过程中或完全凝固后发生的开裂，前者为热裂，与浇注温度过高等因素有关，一般呈沿晶分布，断面无金属光泽；后者为冷裂，呈穿晶和穿-沿晶两种形式，与铸件中因形状复杂、壁厚不均、冷却时的温差等因素而产生的应力有关。铸造裂纹是不允许存在的缺陷。板材分层。分为张开型和夹杂型。在横向低倍试样的中心线上，呈直线或线段状的开裂为张开型；在横向低倍试样上，呈分布部位不定的暗黑点或短条状开裂为夹杂分层。缩尾。坯锭表面层及附着于挤压简内的污物或润滑剂等，因金属的不均匀流动，在挤压后期挤压制品内部形成的缺陷称缩尾。成层。在挤压制

9、品横向低倍试样上的边缘，常出现明显的壳状分层或弧形裂纹；它最易产生在边缘区或尖角处。挤压裂纹。在挤压制品的表面层产生的锯齿状开裂。严重时呈锯状，在制品的表面即可发现；程度较轻时，低倍检査才能发现。淬火裂纹。由于淬火过烧而形成的裂纹，其零件表面呈暗灰色或起泡，断口呈黄色或黑色，一般为沿晶分布裂纹如由于淬火过程中冷速过大导致的应力引起的裂纹，则一般呈穿晶分布，裂纹断面清洁，无氧化，易产生于复杂零件的应力集中处。粗晶环。在淬火处理的挤压制品横向低倍试样上，沿制品周边出现的粗大再结晶晶粒组织区，称粗晶环。这是由于在挤压过程中受强烈变形的外层，在淬火过程中发生了再结晶而形成粗大晶粒。单孔挤压呈环形，多孔

10、挤压呈月牙形，粗晶区在纵向的分布，从尾端向前端深度逐渐减少。粗晶环深度的测量一般取其最大深度，对于制品断面形状复杂的粗晶环，则在环区一侧取长、宽方向的正方形，其边长即为粗晶环的深度。焊合不良。用舌形模或分流组合模挤压的制品，其焊合区出现连续或断续的黑色缝隙，称焊合不良；如出现白色和暗色细道，未破坏内部组织连续性，应属正常组织。锻造裂纹。在锻造过程中，由于张力的作用所引起的开裂。出现在试样边部的分散发状裂纹区为边部裂纹；出现在试样中心部位的不规则空洞为中心裂纹。压折。在模压制品的低倍试样边缘，出现有由里向外斜向延伸，终端常呈须状分叉的光滑折缝线通常出现在模锻件的肋边与腹板之间的过渡圆弧位置，压折

11、处一般伴随有局部流纹不顺。流纹不顺。金属模压变形时，反映金属流动景象的流线未能按制品的外形轮廓分布，称为流纹不顺。裂口。铸轧板的表面局部出现抛物线状裂纹并深入断面一定深度称裂口。纵向裂纹。在铸轧板表面沿纵向有一条或几条笔直的裂纹，其断面可看到开裂深度称为纵向裂纹。三、铝合金的微观检验1. 铝合金金相样品制备技术（1）制样铝及铝合金的制样过程中必须避免形成较深的变形层。取样时可以用手工或机械锯切的方法在需要分析的部位取样，然后用铣刀、锉刀或粗砂纸将受检面磨平(磨去13mm），不宜用砂轮切割或磨平；再用金相砂纸由粗到细逐道磨制，一般磨到600#砂纸即可；注意磨样过程中用力要适中，并避免将上道粗砂粒

12、带入下一道，如釆用预磨机则最好用煤油进行冷却和润滑。如样品较小或需要观察试样的表面(如检验包覆层）可用镶嵌试样，但要注意镶嵌热量对部分铝合金的时效强化作用，故尽可能采用冷镶法制样铝合金的抛光可以釆用机械抛光、化学抛光和电解拋光，以机械抛光较为常用。机械拋光分为粗抛和细抛两步，粗抛可用浓度较大、粒度较粗(5m左右）的氧化铝、氧化铬粉与水混合的悬浮液或金刚石研磨膏，在500600r/min的细帆布或毛呢上进行；细抛则采用浓度较稀、粒度较小（小于1m)的氧化铝、氧化铬悬浮液或金刚石研磨膏在150200r/min的丝绒上进行；如果磨制不当则可在磨面表面生成一层灰白色的氧化膜，经侵蚀后表面发灰，高倍观察

13、时可见铝基体上的许多小黑点正确的抛光样品表面极光亮无磨痕和脏物；对工业纯铝和高纯铝试样细抛后无法去除磨痕的，可用电解抛光的方法制样，具体内容可参见有关标准和手册。(2）侵蚀剂的选择侵蚀剂的选择应根据合金成分、材料状态及检验目的而定。常用的侵蚀剂有HF(lmL)/H2O(200mL)，HF(50mL)/H2O(50mL)，HF(2mL)/HCl(3mL)/HNO3(5mL)/H2O(190mL)，/HNO3(25mL)/H2O(75mL)，H2SO4(1012mL)/H2O(8090mL)，H3PO4(10mL)/H2O(90mL)，等，可分别用于显示铝的一般组织、晶粒组织、辨别铝合金中的各类相

14、。侵蚀剂应采用化学纯试剂和蒸馏水配制。在偏光下观察铸锭、退火状态样品的晶粒及加工变形材料的显微组织，抛光后的试样应进行阳极化制膜处理，具体内容可参见有关的标准和手册。2. 铸造铝合金的金相检验标准铸造铝合金的金相检验可以分别在抛光态和侵蚀后进行，主要检验依据是工业和信息化部标准JB/T79462017铸造铝合金金相，其中JB/T7946.12017用于铸造铝硅合金的变质效果的评定，JB/T7946.32017用于铸造铝硅合金的热处理过烧组织的评定，JB/T7946.42017用于铸造铝铜合金晶粒度的评定。此外，金相检验也通常包括显微疏松的观察。铸造铝硅合金变质效果的评定是铸造铝合金金相检验的最

15、主要的一个方面。试样的制备方法如前所述。该标准分别给出了用于评定钠变质和磷变质的两个系列的变质效果评定方法，其中以钠变质较为常用。铸造铝硅合金钠变质试样拋光后用w=0.5%HF水溶液侵蚀510S，然后在200X显微镜下观察试样的整个受检面，按大多数视场对应级别图进行评定。按照共晶硅的形貌将变质效果分为未变质(针状共晶硅）、变质不足(短杆状、针状共晶硅）、变质正常（点状、蠕虫状共晶硅）、变质衰退(共晶硅变粗K轻度过变质、严重过变质等六级。各种级别的变质效果的定义和标准图谱请参见JB/T7946.12017标准原文。铸造铝硅合金过烧组织的评定适用于可热处理强化的合金，由于铸造合金在凝固过程中存在偏析和低熔点共晶物，在随后的固溶处理温度下，会在合金中出现过烧三角或晶界熔化、复熔球，及复熔共晶体等金相组织，即为过烧所谓过烧三角即晶粒交叉处最后凝固的低熔点共晶物在热处理过程中过烧复熔，并在表面张力作用下形成锐菱三角。如枝晶内低熔点共晶物熔化后液相球化，则力复熔共晶球团如热处理保温温度过高，在上述区域内的低熔点物质熔化、冷却后形成二元、三元等复熔共晶。根据金相组织特点将铸造铝硅合金的过烧分为正常组织、过热组织、轻微过烧组织、过烧组织、严重过烧组织等五级，过烧的检验应从随炉试棒上取样，在抛光