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1、 本科毕业论文 第 页 共 页目 录1 绪论11.1断口口分析的的意义11.2 对对显微组组织及断断口缺陷陷的理论论分析11.3研究究方法和和实验设设计31.4预期期结果和和意义32 实验过过程32.1 生生产工艺艺421.11 加料料42.1.22 精炼炼42.133 保温温、扒渣渣和放料料42.1. 4 单单线除气气和单线线过滤52.1. 5连铸铸62.2 实实验过程程62.2. 1 试试样的选选取62.2.22 金相相试样的的制取82.2.33 用显显微镜观观察92.3 观观察方法法102.3.11显微组组织的观观察102.3.22 对断断口形貌貌的观察察113 实验结结果及分分析113
2、.1对所所取K模试样样的观察察113.2 金金相试样样的观察察及分析析123.2.11 对显显微组织织的观察察123.2.22 断口口缺陷15结论233致谢244参考文献25附录277本科毕业论文 第 40 页 共 29 页1 绪论1.1断口口分析的的意义随着现代科科技的发发展以及及现代工工业的需需求，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。长长久以来来，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，作为为铸造铝铝合金
3、中中应用最最广的AA3566铝合金金具有铸铸造流动动性好、气气密性好好、收缩缩率小和和热裂倾倾向小，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、耐耐腐蚀性性能和较较好的机机械加工工性能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，由于于其凝固固收缩，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、孔孔洞和非非金属夹夹杂物等等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将将导致
4、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，通过过显微组组织和断断口分析析所得到到的结果果可以分分析这些些缺陷产产生的原原因，研研究断裂裂机理，比比结合工工艺过程程分析缺缺陷产生生的原因因，从而而对改进进工艺提提出一定定的有效效措施，确确定较好好的生产产工艺，以以提高铝铝合金铸铸锭的性性能。但关于该合合金的微微观组织织及其断断口分析析研究较较少，研研究内容容深但不不够综合合，每篇篇论文多多研究其其部分缺缺陷，断断口的获获得
5、多为为拉伸端端口。因因此，希希望对AA3566铝合金金的断口口缺陷有有一个较较为全面面的研究究。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学学性能与与其微观观组织有有密切联联系111。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、形形成强化化相Mgg2Si，通通过热处处理来显显著提高高合金的的时效强强化能力力，改善善合金的的力学性性能。A3556合金金处于-AllMgg2SiSi三三元共晶晶系内，其其平衡组组织为初初生-Al（-AlSi）共共晶MMg2Si。其其相图如如右图11-1，在冷却却时，由由液相先先析出-All铝
6、，随随着铝的的析出，液液相成分分变至二二元共晶晶线，发发生共晶晶反应，反反应式为为：L -AlSi (1)图1-1 铝硅镁三元共晶图由于A3556的含含Si量量仅为77，所所以，液液相成分分在达到到三元共共晶点之之前，液液相消失失，凝固固完全。凝凝固后的的组织为为初生-All基体（-AllSii）共晶晶。凝固固后铝固固溶体含含有Sii和Mgg元素，在在继续冷冷却过程程中析出出Si和和Mg22Si(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（-AllSii）共晶晶
7、。在实实际铸造造条件下下（非平平衡凝固固），除除基本相相外，还还可出现现少量-AllMgg2SiSi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，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、白白点等。这这些缺陷陷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，电解铝液的温度一般在930以上，是过热金属15电解过程产生的H2和AL2O3夹杂直接进入铝液中，会造成H2
8、含量高和AL2O3夹杂多16，H2产生气孔、气泡和白点缺陷的重要因素，AL2O3易形成夹渣；电解铝液中的杂质元素Fe、Si与合金中的Mn、Mg等元素作用形成Al-FeMnSi、Mg2Si等第二相，分布于晶粒内以及晶界处，影响基体连续性；铸造过程中由于清渣不彻底以及凝固过程中的选分结晶和冷却条件不当易于生成夹杂、缩松和缩孔17；-Al枝晶二次枝晶臂之间板片状共晶体是材料中最薄弱的区域，该区域中尺寸最大的Si颗粒首先发生断裂形成裂纹源。由于以上因素的影响，A356铝合金容易断裂，从而影响其强度、塑韧性和力学性能。若共晶Si呈灰色针状和片状，杂乱无章地分布在-Al铝基体上，用光学显微镜可以看到铸造过
9、程中的铸造缩孔、铸造气孔、氧化膜等缺陷。1.3研究究方法和和实验设设计大颗粒夹杂杂：用肉肉眼观察察其存在在形式、数数量、大大小和分分布特点点（存在在区域）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：用金相相显微镜镜和扫描描电镜观观察其存存在形式式、数量量、大小小和分布布特点（存存在区域域）以及及夹杂物物本身的的形貌和和大小，并并结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A3566铝合金金显微组组织的观观察主要要用金相相显微镜镜进行观观察。首首先是取取样：包包括用长长柄样勺勺从和料料炉
10、铝液液、用短短柄样勺勺从炉外外取样以以及取成成品样，将将取到的的熔液倒倒入样饼饼模和KK模得到到样饼和和K模试试样，用用上述取取样方法法选取不不同工艺艺参数、不不同生产产阶段的的试样。将将取得的的试样通通过切、车车、銑、磨磨、抛等等步骤制制成金相相试样，通通过不同同的放大大倍率观观察索取取试样的的显微形形貌，并并获得各各个形貌貌的照片片。对于断口的的观察所所用试样样是公司司提供的的，将试试样断口口处切下下，在车车床上将将试样切切成金相相试样大大小，然然后通过过粗磨、细细磨、抛抛光、浸浸蚀制成成金相试试样，通通过金相相显微镜镜观察并并记录观观察到的的缺陷，分分析缺陷陷产生的的原因。1.4预期期结
11、果和和意义1）结合企企业生产产需求，对对A3556铝合合金进行行金相及及扫描电电镜试验验，对分分布在初初生-Al基基体上的的共晶硅硅相、杂杂质相及及气孔等等进行观观察，分分析其分分布特征征、形貌貌及影响响。2）用扫描描电镜观观察铝合合金断口口形貌，并并研究其其断裂过过程及机机理。3）将所观观察的断断口形貌貌进行分分类。2 实验过过程此次实验分分为三个个步骤：1）生生产工艺艺，主要要是了解解生产的的概况，记记录生产产过程中中的工艺艺参数；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 生生产工艺艺
12、联信公司用用的是魏魏桥铝厂厂提供的的电解铝铝液，通通过连铸铸生产AA3566铝合金金铸锭。该该厂有四四个和料料炉，每每炉装料料量为330t，从南到北分别为1#炉、2#炉、3#炉和4#炉。两条国内最大连铸生产线，单块铝锭规格：长：740mm；宽：105（95）mm；高：55mm；重量：约9.5Kg。整跺铝锭规格：740740760mm。每跺块数：93块。详细工艺过程如下。21.11 加料料A356合合金是一一个典型型的All-Sii-Mgg系三元元合金，主主要成分分是：Si66.5%-7.5%，MMg200%-00.400%，CCu0.200%，Zn0.110%，Mn0.110%，Ti0.220
13、%，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，此此时铝液液温度在在8400-8880，5miin左右右倒完，开开始熔炼炼。根据据不同工工艺设定定熔炼温温度和所所要加的的成及其用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2.1 A3556.22铝合金金化学成份份（%）Si Ti Mgg FFe Cu Mnn ZZn P6.5-77.5 00.2
14、 0.330-00.455 0.12 0.1 0.05 00.05 痕迹2.1.22 精炼加料后为了了快速均均匀成分分和温度度，在和和料炉中中进行电电磁搅拌拌。搅拌拌时间在在15-20mmin，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55minn-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）。精炼后取样样分析，根根据能谱谱仪结果果判断各各个元素素含量是是否合格格，补加加硅镁等等矿石。2.133 保温温、扒渣渣和放料料精炼
15、结束后后保温一一段时间间（一般般在100minn-155minn），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，费费时费力力。扒渣渣完成后后静置55minn，使成分分和温度度均匀。待成分和温度符合放料条件时，打开和料炉炉门开始放料。2.1. 4 单线除气气和单线线过滤铝液出和料料炉后先先进行在在线除气气，在经过过过滤，之之后进入入结晶器器开始连连铸。2.1.44.1 单线除除气使用ALPPUR-55旋旋转除气气装置进进行在线线除气(图2-1)。这这种除气气装置为为双石墨墨转子，最最大金属属流量为为55tt/h。A
16、LLPURR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2-1 ALPPUR净净化铝熔熔体示意意图2.1.44.2单单线过滤滤 过滤除除渣主要要是靠过过滤介质质的阻挡挡作用、摩摩擦力或或流体的的压力使使杂质沉沉降或堵堵滞，从从而净化化熔体。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
17、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，过过滤效率率可达775%。图图2-22为泡沫沫陶瓷过过滤装置置工作示示意图。图2-2 CFFF泡沫陶陶瓷过滤滤装里工工作示度度图2.1. 5连铸过滤后的铝铝液通过过溜槽流流入结晶晶器，浇浇铸机转转速为8863rrpm-8644rpmm，开始始结晶出出来的坯坯壳先由由人工导导入足辊辊，之后后进入校校直段。铝锭经过切定尺之后被切断。铝锭的冷却是通过喷水冷却的，分三段冷却。冷却水流速分别为0.137m/s、0.684m/s和
18、1.478m/s；流量分别为133.7m3、401.1m3和883.1m3。剪切后的铝锭通过机械手堆垛，最后捆扎。2.2 实实验过程程对于显微组组织及断断口分析析实验，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. 1 试样样的选取取取样时要注注意取样样阶段和和参数，对对各个试试样的详详细信息息做记录录。在11#、33#、44#炉内内取样时时按下表表取样。表格如下。表2-2 1#炉参数数表阶段 时间 取取样温度度熔炼 8 hh 7244精炼 0.55h 7377喷吹 6999过滤 6933表2-3 3#炉炉和4#
19、炉参数数表阶段 时间 取取样温度度3#炉熔炼炼 8 hh 74473#炉精炼炼 00.5hh 73374#炉熔炼炼 70224#炉精炼炼 69991)炉内取取样：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，保保证样勺勺和模具具干净。为为保证所所取铝液液有代表表性应该该在炉膛膛中心取取样，先先用样勺勺扒开浮浮渣，然然后将样样勺深入入液面1100mmm以下下，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
20、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2-3 长柄样样勺2)炉外取取样：炉炉外取样样与炉内内取样大大致相同同，但用用短柄样样勺（图图2-4-2）取样。取取样时要要逆着铝铝液流盛盛取。图2-4 短柄取取样勺和和样饼模模，1-样饼模模，2-短柄样样勺3)成品样样的选取取：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。2.2.22 金相相试样的的制取用金相分析析的方法法来观察察检验金金属内部部的组织织结构是是工业生生产中的的一种重重要手段段，
21、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。金相试样的制取是十分关键的一步18，若制备不当，则可能出现假象，从而得出错误的结论19。金相试样的制备包括：切样、銑样、磨样、抛光和浸蚀。1）切样和和銑样：所取成成品断口口试样横横截面大大小不合合适难以以放进磨磨样机固固定装置置时，应应该首先先将试样样切成一一定大小小和形状状，注意意不要破破坏要观观察的断断面。在在对断面面和样饼饼进行磨磨制前应应该先銑銑所要观观察的那那一面，以以
22、使盖面面平整，便便于磨制制。2）磨样：磨光过过程是试试样制备备最重要要的阶段段，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，然然后设置置参数，开开启开关关进行磨磨制。磨磨样过程程分三步步：粗磨磨、中磨磨和细磨磨。要求求每次要要覆盖上上次的磨磨痕，磨磨完后要要清洗掉掉砂纸上上的残留留。磨样样过程中中连续供供水喷在在磨样处处。磨样时参数数如下。表2：磨样样参数磨样方式 转速速（rppm） 时时间(ss) 压力（NN） 水砂砂纸型号号 冷却却水流量量粗磨 1550 990 33
23、0 80 大中磨 1550 1150 440 2200 中细磨 1550 1180 550 12000 小抛光：试样样磨完后后要进行行机械抛抛光，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：抛光光参数抛样方式 转速（rrpm） 时间(ss)） 压力（NN） 抛光光液型号号（umm） 剂量/级别粗抛 1550 3300 600 99 0/99中抛 15
24、50 2700 600 33 0/00细抛 1550 2400 600 00.044 0/00浸蚀：所有有的金相相试样都都必须浸浸蚀，显显微组织织可以很很清晰显显示，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。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。2.2.33 用显显微镜观观察所利用的金金相显微微镜（如如图2-5）型号为为Feggrappol-31，是丹麦生生产的。显显微镜直直接与电电脑相连连，所观观察的图图像可以以直接被被拍成照照片传到到电脑上上。利用用显微镜镜对所有有试样进
25、进行显微微组织观观察和断断口缺陷陷分析后后可获得得显微组组织图像像和断口口缺陷图图像。图2-5金金相显微微镜2.3 观观察方法法实验观察的的内容主主要有：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。2.3.11显微组组织的观观察1）-AAl基体体和共晶晶Si相相的观察察：对视视野中所所呈现形形态要首首先认识识组织的的种类、颜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
26、晶粒尺尺寸大小小、相的的分布、各各相相对对含量、相相的特征征以及化化学成分分等都可可以通过过Imaage-Proo Pllus的的计算机机数字化化处理来来完成。2)二次枝枝晶的观观察：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2-44所示，即即画一条条平行于于一次枝枝晶的线线和若干干条平行行于二次次枝晶臂臂且垂直直于一次次枝晶的的线，通通过测量量各条平平行线的的间距大大小并取取平均值值来计算算二次枝枝晶的平平均间距距。只取取与一次次枝晶相相连且二二次枝晶晶臂完整整的枝晶晶进行测测量。图 2-44 二次次枝晶测测量方法法在金相图片片中找
27、出出符合要要求的位位置，先先画出一一次枝晶晶的平行行线，再再画出垂垂直于一一次枝晶晶并平行行于二次次枝晶臂臂的线，测测量截线线上两平平行线间间距，并并计算平平行线间间二次枝枝晶臂的数数量，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，为为了准确确获得二二次枝晶晶间距，选选取金相相图E处处测量位位置，并并将所获获得的二二次枝晶晶间距再再次求平平均值。近似计算DCS如下： DDCS= L / nn (2)式中，L为为图像中中任意截截线的长长度，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。2.3.22 对断断口形貌貌的观察察1）肉眼观观察：对
28、对于K模模，主要要是用来来检查铝铝液纯净净度的。将将一对KK模标记记上1-10，然然后弄断断。检查查对应断断口，看看断口的的夹渣（即即小黑点点数）。将将数出的的黑点数数除以110得到到K值，根根据K值值判断铝铝液是否否合格。表表格如下下：表2.4 各阶段段K值级级别K值级别10ABCDEF其中，对于于浇包AA级为合合格，静静置炉BB级合格格，和料料炉E级级合格。2）金相观观察：对于显显微缺陷陷的观察察只能借借助于显显微镜，要要不断移移动物镜镜尽量观观察断面面所有的的地方，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 实验结结果及分分析主要分析实实验过程程所
29、获取取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对所所取K模模试样的的观察所取K模（如如图3-1）分分为精炼炼前、精精炼后、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炼炼、除气气和过滤滤效果。图3-1 K模试试样通过数所选选K模断断口夹渣渣数，得得到K值值分别如如下表：表3.1 各阶段段所得KK值阶段 KK值（加加精炼剂剂） K值（加加清渣剂剂） 熔炼 3.55 3.66精炼 2.33 1.22除气 0.55 0.44过滤 0.11 0.11通过上述表表格
30、所得得数值与与标。表表2.44比较可可知，各各阶段铝铝水均合合格；通通过各阶阶段数值值比较可可知：精精炼后特特别是加加清渣剂剂后铝水水纯净度度升高，另另外除气气和过滤滤均有除除渣效果果。3.2 金金相试样样的观察察及分析析金相显微镜镜可以观观察试样样显微组组织形态态及分布布，还可可以对晶晶粒度大大小和二二次枝晶晶进行测测量；对对断口缺缺陷类型型及形态态、大小小及数量量和分布布进行观观测。3.2.11 对显显微组织织的观察察主要观察铝铝合金中中-AAl基体体（如图图3-2a和图33-3bb、图33-3cc、图33-3dd中A）形形态和共共晶Sii相形态态、大小小。根据据Al-Sii二元合合金相图
31、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。3.2.11.1未经经变质处处理未经变质处处理的共共晶Sii一般呈呈针状（如如图3-2a和图33-3bb、图33-3cc、图33-3dd中B），颜颜色比-All基体深深。裂纹的的萌生与与Si相相有密切切关系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，而而Al基基体为塑塑性相
32、；在应力力作用下下直径最最大的SSi相22优先发发生断裂裂，成为为裂纹源源。共晶Si呈呈灰色针针状杂乱乱无章地地分布在在-AAl铝基基体晶界界上(如如图3-2a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。3.2.11.2 变质处处理后加锶变质效效果最好好，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。变质后的共晶硅颗粒大部分呈点球状或短纤维状（如图3-2b、图3-2d和图3-2c中的B2）。但研究表明，锶的加入加大了铝熔液的吸气性24。由于变质后共晶硅形态的改变，可使得
33、合金性能有所提高。图3-2 a 未未变质无无缺陷图3-2bb 典型型缩松（变变质后）图3-2cc 典型型气孔+渣（变变质后）图 3-22d 典典型缩孔孔（变质质后）3.2.11.3 二次枝枝晶二次枝晶（如如图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，形形状如树树枝状，比比一次枝枝晶要细细。二次次枝晶间间距的大大小是微微观组织织中一个个重要数数据，是是衡量组组织优劣劣的重要要参数。二次枝晶间距大小是评判凝固组织优劣的重要特征，二次枝晶臂间距大小直接影响着成分偏析、第二相及显微孔洞的分布，另外，枝晶与枝晶间块状共晶体的强度高于二次枝晶臂之间板片状共晶体，因此板片状共晶体是A3
34、56合金的薄弱环节，裂纹首先在这个区域萌生25。根据图2-4和式式（2）可可分别测测量出图图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。其中L分别为：65.36um和53.33um。n分别为：5和3。这个成果在国内同类行业中是比较先进的。3.2.22 断口口缺陷断口缺陷分分析是分分析铝合合金断裂裂机理的的重要方方式，在在所取试试样中观观察到的的缺陷有有：缩松松、缩孔孔、气孔孔、针孔孔、非金金属夹杂杂和夹渣渣、氧化化铝膜（表表现为混混皮、渣渣皮等）。3.2.22.1缩缩松和缩缩孔1）缩松的的形态：缩松（如图图3-22b中的的C和3
35、3-3aa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而分散的的孔洞性性缺陷。在在金相显显微镜下下观察，缩缩松表现现为沿晶晶界形成成的形状状不规则则的图形形，颜色色单一且且比基体体深。缩孔表表现为沿沿晶界较较规则的的图形，多多近似为圆圆形，颜颜色单一一且比基基体深。图3-3aa 典型型缩松（变变质后）图3-3bb 典型型缩孔（未未变质）2)产生原原因：缩缩松一般般包括收收缩缩松松和气体体缩松。收收缩缩松松产生的的机理是是金属铸铸造结晶晶时从液液态凝固固成固态态，体积积收缩在在树
36、枝晶晶枝杈间间因液体体金属补补缩不足足而形成成空腔，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。气体缩松产产生的机机理是：熔体中中未出去去的气体体氢气含含量较高高，气体体被隐蔽蔽在树枝枝晶枝杈杈间隙内内，随着着结晶的的进行，树树枝晶枝枝杈互相相搭接形形成骨架架，枝杈杈间的气气体和凝凝固时析析出的气气体无法法逸出而而集聚，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。当体积收缩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：缩松使使铸锭密密度减小小，致密密性降低低特别是是降低高高强铝合合金的冲冲击韧性性和断面面收缩率率，在热热轧和锻锻造时易易引
37、起裂裂纹。缩孔破破坏了金金属的连连续性，严严重影响响工艺性性能，截截取铸锭锭坯料时时必须去去掉。4）预防措措施：根根据缩松松和缩孔孔产生原原因和形形成过程程可知，有如下的预防措施：a）降低熔熔体中气气体含量量，如烘烘炉彻底底、精炼炼剂和所所需工具具烘烤彻彻底、降降低各种种材料的的水含量量、防止止熔体在在炉内时时间过长长、防止止熔体过过热等。b）缩小铸铸锭中过过渡带的的尺寸，如如：采用用合适的的漏斗均均匀供流流适当提提高铸造造温度和和降低铸铸造速度度、适当当提高水水压以提提高铸锭锭冷却强强度、适适当降低低开始凝凝固温度度和凝固固终了温温度差。3.2.22.2 气孔和和渣孔1)形态：气孔（如如图3
38、-2c中的D）是铸件件组织中中的圆形形空洞，它它是内表表面光滑滑的球状状空洞缺缺陷，其其为未逸逸出的气气泡在铸铸锭中形形成的缺缺陷，其其在显微微镜下观观察呈规规则的圆圆形，但是析析出位置置不固定定；渣孔（如如图3-3c中中的D）是是气孔中中卷入渣渣滓形成成的，其其内表面面就不再再是光滑滑的，在在显微镜镜下观察察呈不太太规则的的图形且且颜色不不一致。图3-3cc 典型型渣孔（未未变质）2)产生原原因：熔熔体中的的气体以以气泡析析出，必必须具备备三个条条件：一一是溶解解的气体体处于过过饱和状状态；二二是气泡泡内的压压力之和和大于作作用与气气泡的外外压力；三是有有大于临临界尺寸寸的气泡泡核。在在实际
39、铸铸造条件件下由于于熔体中中总是存存在大量量的非金金属夹杂杂物、结结晶体和和精炼时时未逸出出的气泡泡因此熔熔体中的的非自发发气泡核核很容易易形成。另另外结晶晶前沿造造成的氢氢含量的的过饱和和对气泡泡的形成成造成有有利条件件。3)影响气气孔和渣渣孔形成成的主要要因素：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，则则愈促使使气孔的的形成。b）冷却速速度。铸铸锭冷却却速度愈愈快，气气体扩散散愈不充充分，且且来不及及析出，因因而允许许不产生生气孔的的气体过过饱和度
40、度增大，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，过过渡带愈愈窄，枝枝晶不易易封闭液液相，因因而愈能能降低形形成气孔孔的倾向向。c）合金成成分。合合金成分分影响原原始含氢氢量，氢氢在合金金中的扩扩散系数数、分配配系数以以及结晶晶区间的的大小都都会不同同程度的的影响气气孔的形形成及分分布。d）铸造工工艺条件件。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）非金属属夹杂含含量。非非金属夹夹杂愈少少，则允允许产生生气孔的的临界含含氢量愈愈高。4)预防措措施：11）从原原料、工工具、设设备、工工艺等方方面入手手降低含含气量。22）适当当提高铸铸造
41、温度度、降低低铸造速速度，建建立良好好的析气气条件便便于气泡泡上浮。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。3.2.22.3 非金属属夹杂物物1）形态：非金属属夹杂(如图33-3dd中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3-3dd 典型型非金属属夹杂（变变质不足足）图3-3ee 典型型夹渣（未未变质）2）非金属属夹杂产产生原因因：在熔熔炼和铸铸造过程程中，来来自熔剂剂、炉渣渣、炉衬衬、油污污和灰尘尘中的氧氧化物、氮氮化物、碳碳化物等等带入熔熔体，且且除渣不不彻底，在铸锭中则产生夹杂。3）防治措措施：a）将材料料中的油油污、水水分和灰灰尘等清清除干净净。b）炉子、溜溜槽和浇浇道处理理干净。c）精炼要要好，精精炼温度度不能太太低，防防止渣子子分离不不好炉渣渣要除净净。d）提高铸铸造温度度以增加加金属流流动性，促促进渣子子上浮。3.2.22.3夹渣渣1