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機械裝備缺陷與失效分析:變形鋁合金制品缺陷 “過燒"


變形鋁合金制品缺陷——過燒


      “過燒”現象是鋁合金制品熱處理工藝不當后產生的主要缺陷,對熱處理可強化的合金應特別重視的質量指標,必須經金相顯微鏡檢驗才能控制,以確保制品質量。過燒的本質是低熔點共晶組織復熔后在凝固的結果。


1.過燒產生的原因

(1)低熔點金屬或形成低熔點共晶相的元素含量偏高,如Al-Cu合金中的Si和Mg含量偏高;

(2)不均勻加熱或加熱過快,使鑄錠或鑄件局部加熱溫度超過過燒溫度;

(3)爐內工作區的溫度局部超過過燒溫度;

(4)測量和控溫儀表失靈,使爐溫過高。


2.過燒組織特征

在光學顯微鏡下觀察:合金過燒的組織中出現共晶球體、晶界粗化,并局部呈紡錘形及晶界發毛,在三晶交界處呈三角形及菱形和沿晶淬火裂紋等過燒組織特征,有時在產品表面還出現氣泡。如下圖所示:






3.過燒狀態下組織復熔物的形態

(1)復熔共晶球體:雖然稱為球體,但形態復雜,球內各相間顏色反差很大,球體與α(Al)基體界限明顯,依其形態可分為以下幾個特征:




(2)粗晶界:晶界上共晶組織復熔所致,具有液流帶狀和棗核形串狀特征;


(3)晶界不光滑:晶界復熔象征之一,多產生在變形量大的產品中,過燒晶界呈沿晶界出現的點狀細帶,并略具棱角。





(4)晶界三角形:這種組織和處于三晶交界處的化合物不同,其邊界彎曲,類似弧形,其共晶組織復熔的象征。




(5)晶界氧化:出現在淬火裂紋的頂端或附近,特征為邊界似羽毛的網狀。

鑒賞圖:







4.各合金加工制品過燒組織的鑒定

















5.過燒對鋁合金制品性能的影響

(1)合金輕微過燒,雖然弱化了晶界強度,但由于合金中共晶組織固溶引起的固溶強化效應,可提高晶粒內部強度,從而提高合金的整體強度,但延伸率、疲勞性能下降,耐腐蝕能力降低,這不但和過燒引起的組織粗化有關,而且和晶界氧化劑吸附氫氣引起的晶間脆化現象有關;
(2)合金嚴重過燒后,拉伸斷裂方式由穿晶斷裂變為沿晶斷裂,合金性能顯著下降。



6.過燒在金相檢驗時注意事項


(1)對拋光的金相試樣,必須用 Keller試劑或其他混合酸浸蝕。因為晶界是“過燒”的主要象征,此晶界是合金變形后的再結晶晶界,與鑄造產品不同。

(2)制品在淬火時,如淬火介質溫度過高或在空氣中停留時間過長,冷卻速度更,慢時,都會引起叫α(Al)固溶體分解,析出物首先沿晶界析出,使晶界粗化,如下圖,往往造成“過燒”的錯覺。遇此問題,可將試樣在稍低于淬火溫度進行二次重溶后迅速冷卻再檢驗。






7.質量保證措施

(1)合金開始輕微過燒時,除擠壓棒材的力學性能Rm、RP0.2未降低外.板材的伸長率A和棒、板、管材的其他性能均降低,尤其以疲勞和耐腐蝕性最明顯.過燒越嚴重,性能降低越多,所以制品過燒必須作廢。詳見各加工制品國標( GB )和國軍標( GJB)。
(2)雖然合金固溶最佳溫度為502℃,但是熱處理爐總有溫差,一般約在±2.5℃,所以生產檢驗和資料均指出,2A12合金固溶處理溫度的下限為488℃,上限為499℃。
(3)熱處理爐必須完整,爐氣循環正常,爐門封閉嚴密。爐子工作時必須保證爐內為正壓狀態。定期檢查維護,保證爐子正常工作。
 (4)熱處理爐測溫儀表要定期檢查維修,大爐子應多點測溫,熱電偶應按期校對,防止儀表和測溫系統失靈。
(5)同一合金不同規格不同品種對合金制品出現過燒均有影響,所以必須從控制合金成分上下限、雜質含量以及每爐裝料上通過試驗來確定爐子工作室定溫溫度和裝料量。例如,為了防止2A12合金壁厚1.0 mm 二次擠壓型材性能降低現象,將其成分調整到按近上限,定溫溫度為(498±2)℃,嚴格按國標( GB )、國軍標( GJB )規定檢查、保證產品質量。
(6)熱處理操作人員必須經過培訓合格,才可上崗工作。


—End—

文章來源:機械裝備缺陷與失效分析


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