铝合金显微组织及断口分析论文

1、 本科毕业论文 第 页 共 页目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc357794469 HYPERLINK l _Toc357794470 1 绪论 PAGEREF _Toc357794470 h 1 HYPERLINK l _Toc357794471 1.1断断口分析析的意义义 PAGEREF _Toc357794471 h 1 HYPERLINK l _Toc357794472 1.2 对显微微组织及及断口缺缺陷的理理论分析析 PAGEREF _Toc357794472 h 1 HYPERLINK l _Toc357794475 1.3研研究方法法和实验验设

2、计 PAGEREF _Toc357794475 h 33 HYPERLINK l _Toc357794476 1.4预预期结果果和意义义 PAGEREF _Toc357794476 h 3 HYPERLINK l _Toc357794477 2 实验验过程 PAGEREF _Toc357794477 h 33 HYPERLINK l _Toc357794478 2.1 生产工工艺 PAGEREF _Toc357794478 h 4 HYPERLINK l _Toc357794479 21.1 加加料 PAGEREF _Toc357794479 h 4 HYPERLINK l _Toc35779

3、4480 2.1.2 精精炼 PAGEREF _Toc357794480 h 4 HYPERLINK l _Toc357794481 2.13 保温温、扒渣渣和放料料 PAGEREF _Toc357794481 h 4 HYPERLINK l _Toc357794482 2.1. 4 单线除除气和单单线过滤滤 PAGEREF _Toc357794482 h 5 HYPERLINK l _Toc357794483 2.1. 5连连铸 PAGEREF _Toc357794483 h 6 HYPERLINK l _Toc357794484 2.2 实验过过程 PAGEREF _Toc35779448

4、4 h 6 HYPERLINK l _Toc357794485 2.2. 1 试样的的选取 PAGEREF _Toc357794485 h 66 HYPERLINK l _Toc357794486 2.2.2 金金相试样样的制取取 PAGEREF _Toc357794486 h 8 HYPERLINK l _Toc357794487 2.2.3 用用显微镜镜观察 PAGEREF _Toc357794487 h 99 HYPERLINK l _Toc357794488 2.3 观察方方法 PAGEREF _Toc357794488 h 100 HYPERLINK l _Toc357794489

5、2.3.1显微微组织的的观察 PAGEREF _Toc357794489 h 110 HYPERLINK l _Toc357794490 2.3.2 对对断口形形貌的观观察 PAGEREF _Toc357794490 h111 HYPERLINK l _Toc357794491 3 实验验结果及及分析 PAGEREF _Toc357794491 h 111 HYPERLINK l _Toc357794493 3.1对对所取KK模试样样的观察察 PAGEREF _Toc357794493 h 11 HYPERLINK l _Toc357794494 3.2 金相试试样的观观察及分分析 PAGER

6、EF _Toc357794494 h 122 HYPERLINK l _Toc357794495 3.2.1 对对显微组组织的观观察 PAGEREF _Toc357794495 h 122 HYPERLINK l _Toc357794496 3.2.2 断断口缺陷陷 PAGEREF _Toc357794496 h 15 HYPERLINK l _Toc357794497 结论 PAGEREF _Toc357794497 h 233 HYPERLINK l _Toc357794498 致谢 PAGEREF _Toc357794498 h 244 HYPERLINK l _Toc357794499

7、 参考文献献 PAGEREF _Toc357794499 h 25 HYPERLINK l _Toc357794500 附录 PAGEREF _Toc357794500 h 277本科毕业论文 第 PAGE 34 页 共 29 页1 绪论论1.1断断口分析析的意义义随着现代代科技的的发展以以及现代代工业的的需求，作为221世纪纪三大支支柱产业业的材料料科学正正朝着高高比强度度，高强高高韧等综综合性能能等方向向发展。长久以以来，铸造铝铝合金以以其价廉廉、质轻轻、性能能可靠等等因素在在工业应应用中获获得了较较大的发发展。尤其随随着近年年来对轨轨道交通通材料轻轻量化的的要求日日益迫切切1，作为为铸造

8、铝铝合金中中应用最最广的AA3566铝合金金具有铸铸造流动动性好、气密性性好、收收缩率小小和热裂裂倾向小小，经过变变质和热热处理后后，具有良良好的力力学性能能、物理理性能、耐腐蚀蚀性能和和较好的的机械加加工性能能2-3，与钢轮轮毂相比比，铝合金金轮毂具具有质量量轻、安安全、舒舒适、节节能等，在汽车车和航空空工业上上得到了了日益广广泛的应应用44。然而，由由于其凝凝固收缩缩，同时在在熔融状状态下很很容易溶溶入氢，因此铸铸造铝合合金不可可避免地地包含一一定数量量的缺陷陷，比如空空隙、氧氧化物、孔洞和和非金属属夹杂物物等5-7。这些些缺陷对对构件的的力学性性能影响响较大，如含11%体积积分数的的空隙

9、将将导致其其疲劳500%，疲劳极极限降220%8-9。所以以研究构构件中缺缺陷的性性质、数数量、尺尺寸和分分布位置置对力学学性能的的影响具具有重要要意义10。而这些些缺陷往往往是通通过显微微组织和和断口分分析来研研究的。另外，通通过显微微组织和和断口分分析所得得到的结结果可以以分析这这些缺陷陷产生的的原因，研究断断裂机理理，比结结合工艺艺过程分分析缺陷陷产生的的原因，从而对对改进工工艺提出出一定的的有效措措施，确确定较好好的生产产工艺，以提高高铝合金金铸锭的的性能。但关于该该合金的的微观组组织及其其断口分分析研究究较少，研究内内容深但但不够综综合，每每篇论文文多研究究其部分分缺陷，断口的的获得

10、多多为拉伸伸端口。因此，希望对对A3556铝合合金的断断口缺陷陷有一个个较为全全面的研研究。1.2对对显微组组织及断断口缺陷陷的理论论分析铸件的力力学性能能与其微微观组织织有密切切联系11。A3556合金金是一个个典型的的Al-Si-Mg系系三元合合金，它它是All-Sii二元合合金中添添加镁、形成强强化相MMg2Si，通过热热处理来来显著提提高合金金的时效效强化能能力，改改善合金金的力学学性能。A3556合金金处于-AllMgg2SiSi三三元共晶晶系内，其平衡衡组织为为初生-All（-AlSi）共晶Mg2Si。其相图图如右图图1-11，在冷却却时，由由液相先先析出-All铝，随随着铝的的析

11、出，液相成成分变至至二元共共晶线，发生共共晶反应应，反应应式为：L-AlSi(1)图1-1 铝硅镁三元共晶图由于A3356的的含Sii量仅为为7，所以，液相成成分在达达到三元元共晶点点之前，液相消消失，凝凝固完全全。凝固固后的组组织为初初生-Al基基体（-AAlSSi）共共晶。凝凝固后铝铝固溶体体含有SSi和MMg元素素，在继继续冷却却过程中中析出SSi和MMg2Si(如图11-1)。室温温下的组组织为初初生-Al、（-AlSi）共晶和和Mg2Si。冷却速速度较快快时，次生生相Sii和Mgg2Si弥弥散细小小不易分分辩，而而表现出出-AAl和（-AAlSSi）共共晶。在在实际铸铸造条件件下（非

12、非平衡凝凝固），除基本本相外，还可出出现少量量-AAlMMg2SiSi三三元共晶晶体和杂杂质铁等等构成的的杂质相相和一些些复杂的的多元共共晶相13。一般来说说，铸造缺缺陷对构构件的抗抗拉强度度影响较较小，但较显显著影响响构件的的伸长率率144。A3556铝合合金内部部缺陷主主要有偏偏析、缩缩松、缩缩孔、气气孔、针针孔、非非金属夹夹杂和夹夹渣、金金属夹杂杂、氧化化铝膜、白点等等。这些些缺陷对对其性能能和强度度有很大大的影响响。因为生生产铝锭锭的铝水水是电解解铝液，电解铝铝液的温温度一般般在9330以上，是过热热金属15电解过过程产生生的H22和ALL2O3夹杂直直接进入入铝液中中，会造成HH2含

13、量高高和ALL2O3夹杂多多166，HH2产生气气孔、气气泡和白白点缺陷陷的重要要因素，AL22O3易形成成夹渣；电解铝铝液中的的杂质元元素Fee、Sii与合金金中的MMn、MMg等元元素作用用形成AAl-FFeMnnSi、Mg22Si等等第二相相，分布于于晶粒内内以及晶晶界处，影响基基体连续续性；铸铸造过程程中由于于清渣不不彻底以以及凝固固过程中中的选分分结晶和和冷却条条件不当当易于生生成夹杂杂、缩松松和缩孔孔177；-AAl枝晶晶二次枝枝晶臂之之间板片片状共晶晶体是材材料中最最薄弱的的区域，该区域域中尺寸寸最大的的Si颗颗粒首先先发生断断裂形成成裂纹源源。由于以以上因素素的影响响，A335

14、6铝铝合金容容易断裂裂，从而而影响其其强度、塑韧性性和力学学性能。若共晶晶Si呈呈灰色针针状和片片状，杂杂乱无章章地分布布在-Al铝铝基体上，用光学学显微镜镜可以看看到铸造造过程中中的铸造造缩孔、铸造气气孔、氧氧化膜等等缺陷。1.3研研究方法法和实验验设计大颗粒夹夹杂：用用肉眼观观察其存存在形式式、数量量、大小小和分布布特点（存在区区域）以以及夹杂杂物本身身的形貌貌和大小小，并结结合冶炼炼工艺分分析其来来源；检检测杂质质净化效效果和晶晶粒细化化效果。显微夹杂杂：用金金相显微微镜和扫扫描电镜镜观察其其存在形形式、数数量、大大小和分分布特点点（存在在区域）以及夹夹杂物本本身的形形貌和大大小，并并结

15、合冶冶炼工艺艺分析其其来源；检测杂杂质净化化效果和和晶粒细细化效果果。对A3556铝合合金显微微组织的的观察主主要用金金相显微微镜进行行观察。首先是是取样：包括用用长柄样样勺从和和料炉铝铝液、用用短柄样样勺从炉炉外取样样以及取取成品样样，将取取到的熔熔液倒入入样饼模模和K模模得到样样饼和KK模试样样，用上上述取样样方法选选取不同同工艺参参数、不不同生产产阶段的的试样。将取得得的试样样通过切切、车、銑、磨磨、抛等等步骤制制成金相相试样，通过不不同的放放大倍率率观察索索取试样样的显微微形貌，并获得得各个形形貌的照照片。对于断口口的观察察所用试试样是公公司提供供的，将将试样断断口处切切下，在在车床上

16、上将试样样切成金金相试样样大小，然后通通过粗磨磨、细磨磨、抛光光、浸蚀蚀制成金金相试样样，通过过金相显显微镜观观察并记记录观察察到的缺缺陷，分分析缺陷陷产生的的原因。1.4预预期结果果和意义义1）结合合企业生生产需求求，对AA3566铝合金金进行金金相及扫扫描电镜镜试验，对分布布在初生生-AAl基体体上的共共晶硅相相、杂质质相及气气孔等进进行观察察，分析析其分布布特征、形貌及及影响。2）用扫扫描电镜镜观察铝铝合金断断口形貌貌，并研研究其断断裂过程程及机理理。3）将所所观察的的断口形形貌进行行分类。2 实验验过程此次实验验分为三三个步骤骤：1）生产工工艺，主主要是了了解生产产的概况况，记录录生产

17、过过程中的的工艺参参数；2）实实验阶段段，是关关键步骤骤，要熟熟悉实验验过程中中的每个个步骤，掌握所所需的参参数；3）观观察方法法，是对对试样进进行观察察的总结结。2.1 生产工工艺联信公司司用的是是魏桥铝铝厂提供供的电解解铝液，通过连连铸生产产A3556铝合合金铸锭锭。该厂厂有四个个和料炉炉，每炉炉装料量量为300t，从从南到北北分别为为1#炉炉、2#炉、33#炉和和4#炉炉。两条条国内最最大连铸铸生产线线，单块块铝锭规规格：长长：7400mm；宽：1105（95）mm；高：555mm；重量：约9.5Kgg。整跺跺铝锭规规格：774074007660mmm。每跺跺块数：93块块。详细细工艺过

18、过程如下下。21.1 加加料A3566合金是是一个典典型的AAl-SSi-MMg系三三元合金金，主要要成分是是：Si66.5%-7.5%，Mg220%-0.440%，Cu0.200%，Zn0.110%，Mn0.110%，Ti0.220%，其他元元素每种种0.005%，其余是是铝。该该厂主要要生产AA3566.2铝铝合金，加料方方法为：向和料料炉中加加铝水分分为两次次，真空空包（最最大铝量量为90000）运来来铝水后后用天车车吊到炉炉前，打打开和料料炉炉门门开始倒倒铝水，此时铝铝液温度度在8440-8880，5miin左右右倒完，开始熔熔炼。根根据不同同工艺设设定熔炼炼温度和和所要加加的成及其用

19、用量计算算加料量量，如加加硅、加加镁、加加钛、废废铝锭等等。下表表是A3356.2铝合合金的成成分表。表2.11 A3356.2铝合合金化学学成份（%）Si Tii MMg Fe Cuu MMn Zn P6.5-7.550.20.30-0.44500.122 00.10.005 0.05痕迹迹2.1.2精炼炼加料后为为了快速速均匀成成分和温温度，在在和料炉炉中进行行电磁搅搅拌。搅搅拌时间间在155-200minn，根据不不同工艺艺搅拌温温度在6690-7400；炉内精精炼是通通过喷吹吹以氮气气作为载载体将精精炼剂和和清渣剂剂加入炉炉内的，氮气纯纯度大于于等于999.9995%，喷吹时时间为55

20、minn-100minn。精炼炼剂和清清渣剂的的用量为为0.1%-0.2%（与与Al相比比）。精炼后取取样分析析，根据据能谱仪仪结果判判断各个个元素含含量是否否合格，补加硅硅镁等矿矿石。2.13 保保温、扒扒渣和放放料精炼结束束后保温温一段时时间（一一般在110miin-115miin），待温度度均匀后后开始扒扒渣。该该厂运用用人工扒扒渣，扒扒渣时间间在155minn-300minn，时间间可长达达40mmin，费时费费力。扒扒渣完成成后静置置5miin，使成分分和温度度均匀。待成分分和温度度符合放放料条件件时，打打开和料料炉炉门门开始放放料。2.1. 4单单线除气气和单线线过滤铝液出和和料炉

21、后后先进行行在线除除气，在经过过过滤，之后进进入结晶晶器开始始连铸。2.1.4.11 单线线除气使用ALLPURR-55旋旋转除气气装置进进行在线线除气(图2-1)。这种除除气装置置为双石石墨转子子，最大大金属流流量为555t/h。ALLPURR净化工工艺是基基于吸附附净化原原理，通通过转子子吹出精精炼气体体，借助助旋转喷喷嘴产生生均匀分分布的微微小气泡泡，并与与反应室室内的熔熔体充分分接触反反应使熔熔体净化化。精炼炼气体可可以是氮氮气，也也可以是是氮气与与氯气的的混合气气体。图2-11 ALLPURR净化铝铝熔体示示意图2.1.4.22单线过过滤 过滤滤除渣主主要是靠靠过滤介介质的阻阻挡作用

22、用、摩擦擦力或流流体的压压力使杂杂质沉降降或堵滞滞，从而而净化熔熔体。上上述生产产线采用用CFFF双级泡泡沫陶瓷瓷过滤板板，过滤滤箱安装装2套平平行过滤滤板，处处理流量量为555t/hh。过滤滤板为双双层300/500ppii复合泡泡沫陶瓷瓷过滤板板，上层层过滤板板的孔隙隙度为330pppi，底底层过滤滤板的孔孔隙度为为50pppi。CCFF泡泡沫陶瓷瓷过滤装装置可以以有效除除去直径径大于220um的夹夹渣物，过滤效效率可达达75%。图22-2为泡泡沫陶瓷瓷过滤装装置工作作示意图图。图2-22 CFFF泡沫沫陶瓷过过滤装里里工作示示度图2.1.5连铸过滤后的的铝液通通过溜槽槽流入结结晶器，浇铸

23、机机转速为为8633rpmm-8664rppm，开开始结晶晶出来的的坯壳先先由人工工导入足足辊，之之后进入入校直段段。铝锭锭经过切切定尺之之后被切切断。铝铝锭的冷冷却是通通过喷水水冷却的的，分三三段冷却却。冷却却水流速速分别为为0.1137mm/s、0.6684mm/s和和1.4478mm/s；流量分分别为1133.7m33、4011.1mm3和8833.1mm3。剪切后后的铝锭锭通过机机械手堆堆垛，最最后捆扎扎。2.2 实验过过程对于显微微组织及及断口分分析实验验，主要工工具是显显微镜观观察。因此实实验主要要分三个个步骤：1)试样样的选取取；2)金相试试样的制制备；33)观察察记录。2.2.

24、1 试样样的选取取取样时要要注意取取样阶段段和参数数，对各各个试样样的详细细信息做做记录。在1#、3#、4#炉内取取样时按按下表取取样。表表格如下下。表2-22 1#炉参数数表阶段 时间间 取样温温度熔炼8 h 7224精炼 00.5hh7377喷吹6999过滤6993表2-333#炉炉和4#炉参数数表阶段 时间间 取样温温度3#炉熔熔炼 88 h 74773#炉精精炼 00.5hh 73374#炉熔熔炼 70024#炉精精炼69991)炉内内取样：炉内取取样用长长柄样勺勺（如图图2-3），取样前前先给样样勺和模模具刷一一层涂料料并烘烤烤干燥，保证样样勺和模模具干净净。为保保证所取取铝液有有代

25、表性性应该在在炉膛中中心取样样，先用用样勺扒扒开浮渣渣，然后后将样勺勺深入液液面1000mmm以下，防止带带入渣子子。将铝铝液取出出后倒入入样饼模模（图2-2-1）得到样样饼，倒入KK模（K模包括括有K模本体体，K模本体体设置有有一槽道道，槽道道内设置置有至少少一个沿沿槽道宽宽度方向向布置的的断裂楔楔块）中中得到KK模试样样。在取KK模时，一对模模具要用用一勺铝铝水同时时浇铸完完全，凡是其其中一个个不合格格的要同同时浇铸铸一对。图2-33 长柄柄样勺2)炉外外取样：炉外取取样与炉炉内取样样大致相相同，但但用短柄柄样勺（图2-4-2）取样。取样时时要逆着着铝液流流盛取。图2-44 短柄柄取样勺勺

26、和样饼饼模，11-样饼饼模，22-短柄柄样勺3)成品品样的选选取：成品铝铝锭应选选有代表表性的，然后弄弄断，切下断断口，采取一一定措施施保护断断口防止止断口被被氧化。2.2.2 金金相试样样的制取取用金相分分析的方方法来观观察检验验金属内内部的组组织结构构是工业业生产中中的一种种重要手手段，例如对对原材料料的冶金金质量情情况如偏偏析、非非金属夹夹杂物分分布类型型与级别别检查；对铸造造材料的的铸造疏疏松、气气孔、夹夹渣组织织均匀性性检查；对锻造造件的表表面脱碳碳、过热热、过烧烧、裂纹纹、变形形等情况况检查。金相试试样的制制取是十十分关键键的一步步188，若制备备不当，则可能能出现假假象，从从而得

27、出出错误的的结论19。金相试试样的制制备包括括：切样样、銑样样、磨样样、抛光光和浸蚀蚀。1）切样样和銑样样：所取取成品断断口试样样横截面面大小不不合适难难以放进进磨样机机固定装装置时，应该首首先将试试样切成成一定大大小和形形状，注注意不要要破坏要要观察的的断面。在对断断面和样样饼进行行磨制前前应该先先銑所要要观察的的那一面面，以使使盖面平平整，便便于磨制制。2）磨样样：磨光光过程是是试样制制备最重重要的阶阶段，除使试试样表面面平整外外，主要是是使组织织损伤层层减少到到最低程程度。试试样是用用机械进进行磨制制的，每每次可同同时磨六六个试样样。首先先将试样样固定在在固定装装置上，然后设设置参数数，

28、开启启开关进进行磨制制。磨样样过程分分三步：粗磨、中磨和和细磨。要求每每次要覆覆盖上次次的磨痕痕，磨完完后要清清洗掉砂砂纸上的的残留。磨样过过程中连连续供水水喷在磨磨样处。磨样时参数数如下。表2：磨磨样参数数磨样方式式 转转速（rrpm）时间(s)压力（NN）水砂砂纸型号号冷却水水流量粗磨1550 990 330 80 大大中磨1550 1150 440 2200中细磨1550 1180 550 12000 小小抛光：试试样磨完完后要进进行机械械抛光，抛光的的目的是是去除磨磨光时留留下的磨磨痕，提高试试样表面面的光反反射性，改善组组织分辨辨率，要要求将金相相试样抛抛成镜面面。抛光光过程也也分三

29、步步：粗抛抛、中抛抛和细抛抛，抛光光时不喷喷水，有有对应的的抛光液液。每次次抛完要要将抛光光布上的的残余洗洗净。抛抛光过程程参数设设置如下下。表3：抛抛光参数数抛样方式式 转速速（rppm） 时间(ss)）压力（NN）抛光光液型号号（umm）剂量量/级别别粗抛 1150 3330 660 9 0/99中抛 1150 2770 660 3 0/00细抛 1150 2440 660 0.004 0/0浸蚀：所所有的金金相试样样都必须须浸蚀，显微组组织可以以很清晰晰显示，便于观观察。所所用浸蚀蚀剂为00.5%氢氢氟酸水水溶液(HF00.5mL+蒸馏水1000mL)，浸蚀蚀时间为为10ss-155s。

30、浸浸蚀后用用清水冲冲洗，然然后用酒酒精擦拭拭，最后后用电吹吹风吹干干。2.2.3 用显显微镜观观察所利用的的金相显显微镜（如图22-5）型号为为Feggrappol-31，是丹麦生生产的。显微镜镜直接与与电脑相相连，所所观察的的图像可可以直接接被拍成成照片传传到电脑脑上。利利用显微微镜对所所有试样样进行显显微组织织观察和和断口缺缺陷分析析后可获获得显微微组织图图像和断断口缺陷陷图像。图2-55金相显显微镜2.3 观察方方法实验观察察的内容容主要有有：显微组组织的观观察主要要是显微微组织类类型、形形态和大大小。断断口观察察主要是是观察断断口的缺缺陷、数数量、形形态和大大小。2.3.1显微微组织的

31、的观察1）-Al基基体和共共晶Sii相的观观察：对对视野中中所呈现现形态要要首先认认识组织织的种类、颜色和数量等特特征。对对共晶SSi相晶晶粒大小小的测量量首先要要选定具具有代表表性的或或颗粒便便于测量量的晶粒粒，要对不不同处理理的晶粒粒（如变变质的与与未变质质的）进进行观察察。金相相图中的的晶粒尺尺寸大小小、相的的分布、各相相相对含量量、相的的特征以以及化学学成分等等都可以以通过IImagge-PPro Pluus的计计算机数数字化处处理来完完成。2)二次次枝晶的的观察：对二次次枝晶的的研究主主要是对对枝晶间间距的研研究。二次枝枝晶间距距的测量量方法为为截线法法20。如图2-4所示示，即画画

32、一条平平行于一一次枝晶晶的线和和若干条条平行于于二次枝枝晶臂且且垂直于于一次枝枝晶的线线，通过过测量各各条平行行线的间间距大小小并取平平均值来来计算二二次枝晶晶的平均均间距。只取与与一次枝枝晶相连连且二次次枝晶臂臂完整的的枝晶进进行测量量。图 2-4 二二次枝晶晶测量方方法在金相图图片中找找出符合合要求的的位置，先画出出一次枝枝晶的平平行线，再画出出垂直于于一次枝枝晶并平平行于二二次枝晶晶臂的线线，测量量截线上上两平行行线间距距，并计计算平行行线间二二次枝晶晶臂的数数量，将将所得数数值除以以二次枝枝晶臂数数量，即即获得所所需要测测量的二二次枝晶晶间距，为了准准确获得得二次枝枝晶间距距，选取取金

33、相图图E处测测量位置置，并将将所获得得的二次次枝晶间间距再次次求平均均值。近近似计算算DCSS如下：DCS= L / nn (2)式中，LL为图像像中任意意截线的的长度，n为截截线所截截胞界的的总数或或截线与与共晶区区域交点点的总数数。2.3.2 对对断口形形貌的观观察1）肉眼眼观察：对于KK模，主主要是用用来检查查铝液纯纯净度的的。将一一对K模模标记上上1-110，然然后弄断断。检查查对应断断口，看看断口的的夹渣（即小黑黑点数）。将数数出的黑黑点数除除以100得到KK值，根根据K值值判断铝铝液是否否合格。表格如如下：表2.44 各阶阶段K值值级别K值级别10ABCDEF其中，对对于浇包包A级

34、为为合格，静置炉炉B级合合格，和和料炉EE级合格格。2）金相相观察：对于显显微缺陷陷的观察察只能借借助于显显微镜，要不断断移动物物镜尽量量观察断断面所有有的地方方，用不同同放大倍倍数的物物镜观察察，观察察不同放放大倍率率下缺陷陷所呈现的的形态。3 实验验结果及及分析主要分析析实验过过程所获获取K模试样和和金相试试样。KK模试样主主要是用用肉眼观观察夹渣渣数；金金相试样样主要观观察铝基基体和共共晶硅的的形态以以及断口口缺陷形形貌。3.1对对所取KK模试样样的观察察所取K模模（如图图3-11）分为为精炼前前、精炼炼后、过过滤前和和过滤后后的铝液液浇铸的的，粗略略地观察察和分析析铝水纯纯净度以以及精

35、炼炼、除气气和过滤滤效果。图3-11 K模模试样通过数所所选K模模断口夹夹渣数，得到KK值分别别如下表表：表3.11 各阶阶段所得得K值阶段 K值（加精炼炼剂） K值（加清渣渣剂）熔炼 3.55 3.66精炼2.3 1.2除气 00.5 00.4过滤 0.11 0.11通过上述述表格所所得数值值与标。表2.4比较较可知，各阶段段铝水均均合格；通过各各阶段数数值比较较可知：精炼后后特别是是加清渣渣剂后铝铝水纯净净度升高高，另外外除气和和过滤均均有除渣渣效果。3.2 金相试试样的观观察及分分析金相显微微镜可以以观察试试样显微微组织形形态及分分布，还还可以对对晶粒度度大小和和二次枝枝晶进行行测量；对

36、断口口缺陷类类型及形形态、大大小及数数量和分分布进行行观测。3.2.1 对对显微组组织的观观察主要观察察铝合金金中-AAl基体体（如图图3-2a和图33-3bb、图33-3cc、图33-3dd中A）形态和和共晶SSi相形形态、大大小。根根据Al-Sii二元合合金相图图，A3556铝合合金属于于亚共晶晶合金，其凝固固过程先先析出初初生Al枝晶晶，然后All-Sii共晶体体在枝晶晶臂之间间形成。3.2.1.11未经变变质处理理未经变质质处理的的共晶SSi一般般呈针状状（如图图3-2a和图33-3bb、图33-3cc、图33-3dd中B），颜色色比-Al基基体深。裂纹的的萌生与与Si相相有密切切关系

37、21：（11）共晶晶Si与与共晶AAl界面面为非共共格界面面，存在在空位缺缺陷，在在应力作作用下这这些空位位互相结结合长大大，导致致了共晶晶Si与与Al基基体的界界面分离离；（22）共晶晶Si与与Al基基体的塑塑性不同同，Sii相为脆脆性相，而All基体为为塑性相相；在应应力作用用下直径径最大的的Si相相222优先先发生断断裂，成成为裂纹纹源。共晶Sii呈灰色色针状杂杂乱无章章地分布布在-Al铝铝基体晶晶界上(如图33-2a中方方框内)，当裂裂纹扩展展遇到与与裂纹前前进方向向相异的的共晶硅硅粒子时时，将截截断共晶晶硅粒子子，使硅硅粒子发发生断裂裂233，即穿晶断断裂。3.2.1.22 变质质处

38、理后后加锶变质质效果最最好，锶变质质有很好好的长效效性，可可使变质质效果维维持长达达5-88小时。变质后后的共晶晶硅颗粒粒大部分分呈点球球状或短短纤维状状（如图图3-2b、图33-2dd和图3-2c中的的B2）。但研究究表明，锶的加加入加大大了铝熔熔液的吸吸气性24。由于变变质后共共晶硅形形态的改改变，可可使得合合金性能能有所提提高。图3-22 a 未未变质无无缺陷图3-22b 典型型缩松（变质后后）图3-22c 典型型气孔+渣（变变质后）图 3-2d 典型缩缩孔（变变质后）3.2.1.33 二次次枝晶二次枝晶晶（如图图3-2b和3-2c中的的B3）是在在一次枝枝晶臂上上生出来来的，形形状如树

39、树枝状，比一次次枝晶要要细。二二次枝晶晶间距的的大小是是微观组组织中一一个重要要数据，是衡量量组织优优劣的重重要参数数。二次次枝晶间间距大小小是评判判凝固组组织优劣劣的重要要特征，二次枝枝晶臂间间距大小小直接影影响着成成分偏析析、第二二相及显显微孔洞洞的分布布，另外外，枝晶晶与枝晶晶间块状状共晶体体的强度度高于二二次枝晶晶臂之间间板片状状共晶体体，因此此板片状状共晶体体是A3356合合金的薄薄弱环节节，裂纹纹首先在在这个区区域萌生生255。根据图22-4和和式（22）可分分别测量量出图3-22b和3-2c中中矩形方方框中所所标注的的二次枝枝晶间距距为：113.008umm和177.788um。

40、其中LL分别为为：655.366um和和53.33uum。nn分别为为：5和33。这个个成果在在国内同同类行业业中是比比较先进进的。3.2.2 断断口缺陷陷断口缺陷陷分析是是分析铝铝合金断断裂机理理的重要要方式，在所取取试样中中观察到到的缺陷陷有：缩缩松、缩缩孔、气气孔、针针孔、非非金属夹夹杂和夹夹渣、氧氧化铝膜膜（表现现为混皮皮、渣皮皮等）。3.2.2.11缩松和和缩孔1）缩松松的形态态：缩松（如图图3-22b中的的C和33-3aa中的CC）和缩缩孔（图图3-33b中的的C和图图3-22中的dd）是铸锭锭在凝固固过程中中，由于合合金在液液态和固固态的体体积收缩缩得不到到补充而而产生的的细小而

41、而分散的的孔洞性性缺陷。在金相相显微镜镜下观察察，缩松松表现为为沿晶界界形成的的形状不不规则的的图形，颜色单单一且比比基体深深。缩孔表表现为沿沿晶界较较规则的的图形，多近似似为圆形形，颜色色单一且且比基体体深。图3-33a 典型型缩松（变质后后）图3-33b 典型型缩孔（未变质质）2)产生生原因：缩松一一般包括括收缩缩缩松和气气体缩松松。收缩缩缩松产产生的机机理是金金属铸造造结晶时时从液态态凝固成成固态，体积收收缩在树树枝晶枝枝杈间因因液体金金属补缩缩不足而而形成空空腔，这这种空腔腔即为收收缩缩松松。一般般尺寸很很小，难难以避免免。气体缩松松产生的的机理是是：熔体体中未出出去的气气体氢气气含量

42、较较高，气气体被隐隐蔽在树树枝晶枝枝杈间隙隙内，随随着结晶晶的进行行，树枝枝晶枝杈杈互相搭搭接形成成骨架，枝杈间间的气体体和凝固固时析出出的气体体无法逸逸出而集集聚，结结晶后这这些气体体占据的的位置形形成空腔腔，即为为气体缩缩松。当体积收收缩大而液体体金属补补缩严重重不足时时就会形形成缩孔孔。3）危害害：缩松松使铸锭锭密度减减小，致致密性降降低特别别是降低低高强铝铝合金的的冲击韧韧性和断断面收缩缩率，在在热轧和和锻造时时易引起起裂纹。缩孔破破坏了金金属的连连续性，严重影影响工艺艺性能，截取铸铸锭坯料料时必须须去掉。4）预防防措施：根据缩缩松和缩孔孔产生原原因和形形成过程程可知，有如下下的预防防

43、措施：a）降低低熔体中中气体含含量，如如烘炉彻彻底、精精炼剂和和所需工工具烘烤烤彻底、降低各各种材料料的水含含量、防防止熔体体在炉内内时间过过长、防防止熔体体过热等等。b）缩小小铸锭中中过渡带带的尺寸寸，如：采用合合适的漏漏斗均匀匀供流适适当提高高铸造温温度和降降低铸造造速度、适当提提高水压压以提高高铸锭冷冷却强度度、适当当降低开开始凝固固温度和和凝固终终了温度度差。3.2.2.22 气孔孔和渣孔孔1)形态态：气孔孔（如图图3-22c中的D）是铸件件组织中中的圆形形空洞，它是内内表面光光滑的球球状空洞洞缺陷，其为未未逸出的的气泡在在铸锭中中形成的的缺陷，其在显显微镜下下观察呈呈规则的的圆形，但

44、是析析出位置置不固定定；渣孔（如图33-3cc中的DD）是气气孔中卷卷入渣滓滓形成的的，其内内表面就就不再是是光滑的的，在显显微镜下下观察呈呈不太规规则的图图形且颜颜色不一一致。图3-33c 典型型渣孔（未变质质）2)产生生原因：熔体中中的气体体以气泡泡析出，必须具具备三个个条件：一是溶溶解的气气体处于于过饱和和状态；二是气气泡内的的压力之之和大于于作用与与气泡的的外压力力；三是是有大于于临界尺尺寸的气气泡核。在实际际铸造条条件下由由于熔体体中总是是存在大大量的非非金属夹夹杂物、结晶体体和精炼炼时未逸逸出的气气泡因此此熔体中中的非自自发气泡泡核很容容易形成成。另外外结晶前前沿造成成的氢含含量的

45、过过饱和对对气泡的的形成造造成有利利条件。3)影响响气孔和和渣孔形形成的主主要因素素：a）熔体体原始含含气量高高。熔体体原始含含气量愈愈大，则则温度降降低时析析出的气气体愈多多；结晶晶界面上上液相过过饱和浓浓度愈大大，导致致形成气气泡的过过饱和区区域愈宽宽；时间间愈长，则愈促促使气孔孔的形成成。b）冷却却速度。铸锭冷冷却速度度愈快，气体扩扩散愈不不充分，且来不不及析出出，因而而允许不不产生气气孔的气气体过饱饱和度增增大，导导致形成成气泡的的过饱和和区域愈愈窄；同同时，冷冷却速度度愈大，过渡带带愈窄，枝晶不不易封闭闭液相，因而愈愈能降低低形成气气孔的倾倾向。c）合金金成分。合金成成分影响响原始含

46、含氢量，氢在合合金中的的扩散系系数、分分配系数数以及结结晶区间间的大小小都会不不同程度度的影响响气孔的的形成及及分布。d）铸造造工艺条条件。主要通通过改变变结晶方方式、过过渡带尺尺寸来影影响气孔孔的形成成及分布布。e）非金金属夹杂杂含量。非金属属夹杂愈愈少，则则允许产产生气孔孔的临界界含氢量量愈高。4)预防防措施：1）从从原料、工具、设备、工艺等等方面入入手降低低含气量量。2）适当提提高铸造造温度、降低铸铸造速度度，建立立良好的的析气条条件便于于气泡上上浮。33）提高高铸锭冷冷却速度度阻止气气体以气气泡形式式析出。3.2.2.33 非金金属夹杂杂物1）形态态：非金金属夹杂杂(如图图3-33d中

47、E)没有固固定的形形状，多为块块状，与与基体颜颜色不同同。图3-33d 典型型非金属属夹杂（变质不不足）图3-33e 典典型夹渣渣（未变变质）2）非金金属夹杂杂产生原原因：在在熔炼和和铸造过过程中，来自熔剂剂、炉渣渣、炉衬衬、油污污和灰尘尘中的氧氧化物、氮化物物、碳化化物等带带入熔体体，且除除渣不彻彻底，在在铸锭中中则产生生夹杂。3）防治治措施：a）将材材料中的的油污、水分和和灰尘等等清除干干净。b）炉子子、溜槽槽和浇道道处理干干净。c）精炼炼要好，精炼温温度不能能太低，防止渣渣子分离离不好炉炉渣要除除净。d）提高高铸造温温度以增增加金属属流动性性，促进进渣子上上浮。3.2.2.33夹渣1）形

48、态态：夹渣渣（3-3d中的的E）往往往是非非金属夹夹杂物，是铸锭锭中单个个颗粒较较大的颗颗黑色粒或细小小成群簇簇状细粒粒。2）产生生原因：夹渣常常常是随随液体金金属一起起掉入铸铸锭中的的炉渣、炉衬碎碎块儿或或块度较较大的氧氧化物所所造成的的。3）防止止措施：1）仔细细精炼，保证静静置时间间，采取取过滤措措施。2）保持持金属液液面平静静，最好好采用同同水平铸铸造。3）烘烤烤工具要要彻底，适当提提高铸造造温度，铸造完完成后仔仔细清理理炉子及及其它工工具。4）使用用清洁的的炉料。3.2.2.33氧化膜膜和渣皮皮1）形态态：氧化化膜(如如图3-3d和和3-33f中的的F)是是氧化铝铝形成的的非金属属夹

49、杂用用显微镜镜观察氧氧化膜为为黑色线线状包留留物，黑黑色为氧氧化膜，浅色为为基体，当氧化化铝膜中中有渣子子时就为为渣皮（如图33-3gg中的FF）。图 3-3f 典型氧氧化膜（变质后后）图3-33g 典典型氧化化膜（未未变质）2）形成成原因：氧化膜膜形成的的机理主主要有两两个：一一是在熔熔炼和铸铸造过程程中熔体体表面始始终和空空气接触触，不断断进行高高温氧化化反应形形成氧化化膜并覆覆盖在熔熔体表面面。当搅搅拌和熔熔铸操作作不当时时浮在熔熔体表面面的氧化化皮被破破碎比卷卷入熔体体内，最最后留在在铸锭中中。二是是铝合金金熔炼时时，除了了使用原原铝锭、中间合合金和纯纯铝等作为炉炉料外，还加入入一定数

50、数量的废废料（碎碎屑、废废铝锭等等）。废废料成分分复杂，尺寸小小、质量量差、存存在着大大量的氧氧化物夹夹杂，在在熔炼过过程中由由于除渣渣不净，氧化物物夹杂进进入熔体体成为氧氧化膜。3）预防防措施：a）将原原辅助材材料的油油污、腐腐蚀产物物、灰尘尘、泥沙沙和水分分等清除除干净。b）熔炼炼过程中中尽量少少反复补补料和冲冲淡，搅搅拌方法法要正确确，防止止表面氧氧化皮成成为碎块块掉入炉炉内。c）空气气湿度不不能大。d）提高高熔炼温温度，除除渣除气气时间不不能太短短，静置置时间要要足够。e）使用用的各种种工具要要预热。f）铸造造温度不不能过低低，要保保证熔体体的良好好流动性性。结论根据所观观察的结结果和

51、对对实验结结果的分分析，以以及结合合实际工工艺克的的如下结结论：1）断口口缺陷主主要有缩缩松、缩缩孔、气气孔、针针孔、氧氧化铝膜膜、非金金属夹杂杂和夹渣渣等。缩缩松是沿沿晶界析析出的不不规则图图形，颜颜色一致致；缩孔孔沿晶界界析出，多为圆圆形；气气孔析出出位置不不定，形形状多为为较规则则的圆形形；氧化化膜是黑黑色细长长的线条条；非金金属夹杂杂和夹渣渣是颗粒粒呈簇状状或单个个大颗粒粒。其中中缩松和和针孔影影响合金金致密性性；缩孔孔、气孔孔、氧化化铝膜、非金属属夹杂和和夹渣影影响合金金的连续续性。因因此这些些缺陷都都会对合合金的断断裂有不不良影响响。2）加精精炼剂比比加清渣渣剂的断断口夹渣渣要少，

52、在温度度为7224-7377，加入精精炼剂550Kgg，精炼炼时间228miin-330miin，搅拌时时间200minn时工艺艺效果最最好。3）变质质后共晶晶硅的形形态由针针状变成成点球状状或短纤纤维状，测得两两种二次次枝晶间间距大小小分别为为13.08uum和117.778umm，对合金性性能尤其其是裂纹纹的萌生生有一定定影响。致谢本文自始始自终是是在指导导老师国国栋老师师的指导导下完成成的，本本文从选选题、实实验设计计、实验验过程指指导直到到最后论论文的定定稿都得得到了国国老师的的指点和和帮助。他对我我谆谆教教诲、严严格要求求，认真真检查我我在课题题进展过过程中的的每一步步工作，使我形形

53、成了一一套完整整而系统统的治学学思维与与研究方方法，使使我真正正地懂得得了做学学问搞课课题研究究应从何何入手、从何深深入，还还使我真真正具备备了独立立从事科科学研究究的素质质与能力力。同时时，他还还在为人人方面给给予了我我极大地地帮助、教诲和和鼓舞，并对我我的前途途与发展展寄予深深切的关关注和指指点，我我在此谨谨表示衷衷心地感感谢。这次试验验一直在在联信戴戴卡公司司完成，包括各各个试样样的选取取、试样样的制备备、试样样的观察察、工艺艺参数的的补充以以及图片片的采集集等。工工厂的张张总和各各位师傅傅给与了了大力支支持和帮帮助，尤尤其是陈陈君卫师师傅对于于观察金金相试样样给与许许多指导导。在此此表

54、示深深深的谢谢意。最后向以以上所有有的人士士以及所所有关注注我成长长的人士士致以最最真诚的的感谢。对评审审论文和和参加答答辩的各各位老师师、专家致致以最真真诚的感感谢，谢谢您您们在论论文评审审和答辩辩过程中中提出的的宝贵意意见，愿您们们平安健健康快乐乐!参考文献献1 朱正峰峰.AII-Tii-B中中间合金金的制备备及其细细化性能能的研究究D.甘肃肃:兰州理理工大学学.20008,52 Ejjioffor J UU, RRedddy RR G. Efffeccts of porrouss caarboon oon ssinttereed AAl- Si-Mgmatrrix commpossite

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