失效分析補充材料2-鋁合金夾雜與氣孔

1鋁合金的熔鑄是鋁加工材生產(chǎn)的頭道工序，若熔鑄質(zhì)量不高，不及時排除各種冶金缺陷，并獲得較理想的鑄造組織，就可能造成鑄錠“先天不足”，導致材料過早失效，其后一系列材料加工、熱處理即使再“精益求精”，也難以消除夾雜、疏松等鑄錠缺陷的影響，難以保證鋁加工材的質(zhì)量和性能，因此要充分發(fā)揮鋁材固有的潛力，使其質(zhì)量與性能達到最佳水平，首先必須解決鑄錠的冶金質(zhì)量問題。補充材料：鋁合金鑄錠中的夾雜與氣孔2(a)100μm

(c)100μm

(b)25μm

(d)25μm

1、3104鋁合金鑄錠中夾雜與疏松特性（1）3104鋁合金鑄錠中夾雜與疏松的金相分析夾雜與疏松在合金中主要呈集中型和分散型3(a)(b)

合金鑄錠中的夾雜與疏松有著密切的聯(lián)系，有的疏松伴有夾雜，有的疏松不含夾雜。（2）3104鋁合金鑄錠中夾雜與疏松的掃描電鏡分析4(c)(d)(e)（1）氧化物夾雜。這類夾雜主要是由活性元素Al、Mg、Si氧化而成，通常以Al2O3、MgO、SiO2的形式存在；5(h)(j)(i)(k)（2）熔劑夾雜。這類夾雜含有K、Ca、Ba、S等元素的夾雜，主要是由熔劑所引起的或電解鋁液所帶入。6(f)(g)（3）富Ti相、富Si相夾雜。這類夾雜主要是由元素的偏聚或未完全熔化所引起。7

小結：

3104合金鑄錠中的夾雜從組成上主要有以下三類：

（1）氧化物夾雜。這類夾雜主要是由活性元素Al、Mg、Si氧化而成，通常以Al2O3、MgO、SiO2的形式存在。

（2）熔劑夾雜。這類夾雜含有K、Ca、Ba、S等元素的夾雜，主要是由熔劑所引起的或電解鋁液所帶入。

（3）富Ti相、富Si相夾雜。這類夾雜主要是由元素的偏聚或未完全熔化所引起。

8從存在形態(tài)上，主要有三類：一是宏觀組織中分布不均勻的大塊夾雜物(>20μm)，此類夾雜雖危害大，但易于除去；二是分布均勻的細片狀夾雜物(10-20μm)，此類夾雜采用凈化處理可除去；三是分布均勻的、采用凈化處理也難以除去的彌散于鋁中的微片狀夾雜物(<10μm)，它在低倍顯微鏡下看不到，使鋁液粘度增大，降低凝固時鋁液的補縮能力。這類夾雜不僅是惡化合金性能的主要因素，而且有遺傳性，直接影響到后序合金加工的質(zhì)量，這一點又常被忽視。

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夾雜主要來源于四個方面：其一，3104鋁合金熔煉時，使用了電解鋁錠和中間合金或金屬添加劑作為爐料，還加入一定的廢料，包括工廠本身的幾何廢料、工藝廢料、碎屑等。某些電解鋁錠本身夾雜多，加之碎屑和廢料成分復雜，尺寸小、質(zhì)量差、存在大量的氧化物，在復化熔煉過程中由于除渣不凈，氧化夾雜物進入熔體，成為氧化物夾雜的一主要來源；其二，在熔煉過程或轉爐過程中，合金在高溫熔融狀態(tài)下暴露于空氣中，很容易生成氧化物。若此時加料、攪拌、扒渣等操作不當，就容易使氧化物破碎而懸混于合金液體中。另外，在澆鑄過程中，由于鋁液流動而使表面氧化物卷入鋁液內(nèi)部，此時因液體的溫度下降較快，氧化物來不及上浮到表面而在鑄錠內(nèi)部造成氧化物夾雜缺陷。10

其三，鋁合金在熔煉和鑄造過程中，熔劑以及爐襯等帶入的腐蝕物、油污、泥沙、灰分進入熔體后，如果除渣不徹底，鑄造后則在鑄錠中產(chǎn)生夾雜；

其四，一些不希望產(chǎn)生的初生金屬間化合物和未溶解的高熔點元素也能成為夾雜。進入鋁液的夾雜，由于受到溫度起伏，濃度起伏及鋁液流動的作用，夾雜物在熔體中處于不斷地運動狀態(tài)，但因夾雜顆粒大小、形狀和密度的不同，其運動速度和方向各異。夾雜物之間在運動過程中會產(chǎn)生碰撞、吸附，使細小的夾雜聚集成較大的顆粒，或聚集成松散的集團和多鏈球狀，一些化合物也可能結合成形狀不規(guī)則的絡合物。11(a)(b)(c)一是單純的孔洞.其數(shù)量不多，呈圓形或橢圓形，能譜分析主要含有O和惰性氣體。2、3104鋁合金鑄錠中的氣孔12(a)(b)(c)(d)(e)二是寄生于夾雜的氣孔。在氧化夾雜周圍氣孔比較發(fā)達，表明氣體寄生于氧化夾雜表面，并通過氧化夾雜形核長大。13

鋁合金中的氣體H2占全部氣體的60％-90％。氫在鋁熔體中主要以下列幾種形式存在：

①原子態(tài)，即[H]溶解于鋁熔體中；

②分子態(tài)，H以H2形式存在于Al2O3的裂縫中，形成負曲率半徑的氫氣泡；

③化合態(tài)，氫原子與鋁液中的某些元素形成氫化物。

氣體產(chǎn)生根源14

鋁液中的氫主要來自鋁液和水蒸氣的反應。反應所生成的氫通過吸附和擴散溶入鋁熔體。氫在鋁中的溶解度隨溫度的升高而增加；熔體在高溫下的停留時間長，氫含量則增加；熔鋁爐爐氣中的水分壓高，增大氫在鋁熔體中