失效分析补充材料2-铝合金夹杂与气孔

1铝合金的熔铸是铝加工材生产的头道工序，若熔铸质量不高，不及时排除各种冶金缺陷，并获得较理想的铸造组织，就可能造成铸锭“先天不足”，导致材料过早失效，其后一系列材料加工、热处理即使再“精益求精”，也难以消除夹杂、疏松等铸锭缺陷的影响，难以保证铝加工材的质量和性能，因此要充分发挥铝材固有的潜力，使其质量与性能达到最佳水平，首先必须解决铸锭的冶金质量问题。补充材料：铝合金铸锭中的夹杂与气孔2(a)100μm

(c)100μm

(b)25μm

(d)25μm

1、3104铝合金铸锭中夹杂与疏松特性（1）3104铝合金铸锭中夹杂与疏松的金相分析夹杂与疏松在合金中主要呈集中型和分散型3(a)(b)

合金铸锭中的夹杂与疏松有着密切的联系，有的疏松伴有夹杂，有的疏松不含夹杂。（2）3104铝合金铸锭中夹杂与疏松的扫描电镜分析4(c)(d)(e)（1）氧化物夹杂。这类夹杂主要是由活性元素Al、Mg、Si氧化而成，通常以Al2O3、MgO、SiO2的形式存在；5(h)(j)(i)(k)（2）熔剂夹杂。这类夹杂含有K、Ca、Ba、S等元素的夹杂，主要是由熔剂所引起的或电解铝液所带入。6(f)(g)（3）富Ti相、富Si相夹杂。这类夹杂主要是由元素的偏聚或未完全熔化所引起。7

小结：

3104合金铸锭中的夹杂从组成上主要有以下三类：

（1）氧化物夹杂。这类夹杂主要是由活性元素Al、Mg、Si氧化而成，通常以Al2O3、MgO、SiO2的形式存在。

（2）熔剂夹杂。这类夹杂含有K、Ca、Ba、S等元素的夹杂，主要是由熔剂所引起的或电解铝液所带入。

（3）富Ti相、富Si相夹杂。这类夹杂主要是由元素的偏聚或未完全熔化所引起。

8从存在形态上，主要有三类：一是宏观组织中分布不均匀的大块夹杂物(>20μm)，此类夹杂虽危害大，但易于除去；二是分布均匀的细片状夹杂物(10-20μm)，此类夹杂采用净化处理可除去；三是分布均匀的、采用净化处理也难以除去的弥散于铝中的微片状夹杂物(<10μm)，它在低倍显微镜下看不到，使铝液粘度增大，降低凝固时铝液的补缩能力。这类夹杂不仅是恶化合金性能的主要因素，而且有遗传性，直接影响到后序合金加工的质量，这一点又常被忽视。

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夹杂主要来源于四个方面：其一，3104铝合金熔炼时，使用了电解铝锭和中间合金或金属添加剂作为炉料，还加入一定的废料，包括工厂本身的几何废料、工艺废料、碎屑等。某些电解铝锭本身夹杂多，加之碎屑和废料成分复杂，尺寸小、质量差、存在大量的氧化物，在复化熔炼过程中由于除渣不净，氧化夹杂物进入熔体，成为氧化物夹杂的一主要来源；其二，在熔炼过程或转炉过程中，合金在高温熔融状态下暴露于空气中，很容易生成氧化物。若此时加料、搅拌、扒渣等操作不当，就容易使氧化物破碎而悬混于合金液体中。另外，在浇铸过程中，由于铝液流动而使表面氧化物卷入铝液内部，此时因液体的温度下降较快，氧化物来不及上浮到表面而在铸锭内部造成氧化物夹杂缺陷。10

其三，铝合金在熔炼和铸造过程中，熔剂以及炉衬等带入的腐蚀物、油污、泥沙、灰分进入熔体后，如果除渣不彻底，铸造后则在铸锭中产生夹杂；

其四，一些不希望产生的初生金属间化合物和未溶解的高熔点元素也能成为夹杂。进入铝液的夹杂，由于受到温度起伏，浓度起伏及铝液流动的作用，夹杂物在熔体中处于不断地运动状态，但因夹杂颗粒大小、形状和密度的不同，其运动速度和方向各异。夹杂物之间在运动过程中会产生碰撞、吸附，使细小的夹杂聚集成较大的颗粒，或聚集成松散的集团和多链球状，一些化合物也可能结合成形状不规则的络合物。11(a)(b)(c)一是单纯的孔洞.其数量不多，呈圆形或椭圆形，能谱分析主要含有O和惰性气体。2、3104铝合金铸锭中的气孔12(a)(b)(c)(d)(e)二是寄生于夹杂的气孔。在氧化夹杂周围气孔比较发达，表明气体寄生于氧化夹杂表面，并通过氧化夹杂形核长大。13

铝合金中的气体H2占全部气体的60％-90％。氢在铝熔体中主要以下列几种形式存在：

①原子态，即[H]溶解于铝熔体中；

②分子态，H以H2形式存在于Al2O3的裂缝中，形成负曲率半径的氢气泡；

③化合态，氢原子与铝液中的某些元素形成氢化物。

气体产生根源14

铝液中的氢主要来自铝液和水蒸气的反应。反应所生成的氢通过吸附和扩散溶入铝熔体。氢在铝中的溶解度随温度的升高而增加；熔体在高温下的停留时间长，氢含量则增加；熔铝炉炉气中的水分压高，增大氢在铝熔体中