上海材料研究所金相分析培訓(xùn)----第十一章鋁及鋁合金的金相檢驗(yàn)2009 (1).ppt

1、Senior Engineer YangLi,鋁與鋁合金金相檢驗(yàn),楊力,概述,1、特點(diǎn)：密度小、優(yōu)良的塑性、高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗蝕性能、鑄造性、切削加工成型，高的比強(qiáng)度和比剛度。 2、應(yīng)用：飛機(jī)、機(jī)械、化工、電力、儀表、建筑等各領(lǐng)域。,鋁合金的分類,鋁合金的分類,鑄造鋁合金 合金組元含量在D點(diǎn)以右，由于出現(xiàn)共晶組織，其塑性差，液體流動(dòng)性好，適合鑄造，故稱鑄造鋁合金。根據(jù)在鋁基體中加入的主要合金元素分為鑄造鋁硅合金（ZL1XX）、鑄造鋁銅合金（ZL2XX）、鑄造鋁鎂合金（ZL3XX）、鑄造鋁鋅合金（ZL4XX）、鑄造鋁混合稀土合金、鑄造鋁鋰合金等。 變形鋁合金 合金組元含量在D點(diǎn)以左的合金可通過

2、加熱得到單相固溶體，塑性變形能力較好，適合于冷熱加工，故稱為。根據(jù)其能否采用熱處理手段來強(qiáng)化性能，分為可熱處理強(qiáng)化鋁合金：Al-Cu（2XXX）系列、Al-Si（4XXX）系列、Al-Mg（5XXX）系列、Al-Mg-Si（6XXX）系列、Al-Zn（7XXX）系列及其他系列（如Al-Li）。不可熱處理強(qiáng)化鋁合金：純鋁（1XXX）系列、防銹鋁Al-Mn（3XXX）系列，Al-Mg（5XXX）系列。,合金元素在鋁中的作用,Si：室溫時(shí)硅在鋁中溶解度極小，屬共晶類組織 Cu：高強(qiáng)度鋁合金的重要合金元素 Mg：可以提高鋁合金的強(qiáng)度，降低比重，并有一定的抗蝕性 Mn：提高鋁的抗蝕性 Zn：在鋁中溶解度

3、很大，,鋁合金金相檢驗(yàn)內(nèi)容,1、加工過程形成的不良組織 2、確認(rèn)各種合金元素加入而形成的金屬間化合物相,鋁合金的宏觀檢驗(yàn),特點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單手段，可在較大范圍內(nèi)對(duì)鋁合金制品的內(nèi)在缺陷作檢驗(yàn)。 方法： 斷口檢驗(yàn) 低倍檢驗(yàn),鋁合金的宏觀檢驗(yàn),1、試樣的制備 取樣部位：有代表性 取樣方式：鋸切或銑割 加工方法：切削加工量小 粗糙度要求：不低于3.2Ra 清洗：汽油、酒精、丙酮,鋁合金的宏觀檢驗(yàn),2、試樣的侵蝕 侵蝕劑：NaOH（10%25%） 時(shí)間：330min 去膜：20%30%HNO3 沖水,鋁合金的宏觀檢驗(yàn),3、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) JB/T7946.2-1999鑄造鋁合金針孔 五級(jí)針孔 GB/T3246.2

4、-2000變形鋁及鋁合金制品低倍組織檢驗(yàn)方法 缺陷分為22種 晶粒度檢驗(yàn) 斷口檢驗(yàn),變形鋁合金的缺陷,疏松、非金屬夾雜、外來夾雜及白斑、氧化膜、化合物（一次晶）、羽毛狀晶、光亮晶粒、氣孔、冷隔、鑄造裂紋、板材分層、縮尾、成層、擠壓裂紋、淬火裂紋、粗晶環(huán)、焊合不良、鍛造裂紋、壓折、流紋不順、裂口、縱向裂紋。,鋁合金的微觀檢驗(yàn),1、試樣的制備 取樣 粗磨：銼刀銼平 細(xì)磨：砂紙 拋光 粗拋（ 轉(zhuǎn)速500600rpm） 精拋（ 轉(zhuǎn)速150500rpm） 2、侵蝕劑的選擇 根據(jù)合金成分、材料狀態(tài)及檢驗(yàn)?zāi)康某Ｓ们治g劑（見表12-1）,鑄造鋁合金,Al-Si系（ZL1） 15種牌號(hào) Al-Cu系（ZL2）6

5、種牌號(hào) Al-Mg系（ZL3）3種牌號(hào) Al-Zn系（ZL4）2種牌號(hào),鋁硅合金（ZL1xx）,第三代鑄造鋁合金 具有良好的鑄造性能和抗蝕性 含硅（4.5%13%）加入強(qiáng)化元素，形成強(qiáng)化相Mg2Si、Al2Cu、Al2CuMg等 缺點(diǎn)：共晶Si呈粗大的針狀，機(jī)械性能低。需經(jīng)變質(zhì)處理。,Al-Si二元合金狀態(tài)圖,Al-Si二元合金狀態(tài)圖,AlSi二元相圖（最簡(jiǎn)單的共晶型相圖）：在577和含12.6Si時(shí)： 二元共晶反應(yīng) L(Al)+ Si。 在共晶溫度（577），Si在固體Al中溶解度為1.65。室溫時(shí)溶解度幾乎為零。,鋁硅合金基本組成相,（Al）樹枝狀晶（基體） Si 初晶硅：多邊形、幾何狀、

6、深灰色 共晶硅：針塊狀,三種鋁硅合金基本組織,亞共晶AlSi合金： 樹枝狀(Al)相（Si）共晶體（分布在枝晶間） 共晶AlSi合金： （Si）共晶 過共晶AlSi合金： 塊狀初生Si（Si）共晶體：,ZL102合金（10.013Si）,在AlSi相圖共晶點(diǎn)成分左右，其組織有大量(Al)Si共晶組織以外，可出現(xiàn)少量的初生(Al)或出生Si相。 通常ZL102合金中含較多雜質(zhì)元素Fe，因此用AlFeSi三元相圖可得出： 對(duì)于含F(xiàn)e量較低，且含Si量處于共晶點(diǎn)成分左側(cè)的ZL102合金組織為： (Al)Si（Al9Fe2Si2）三元共晶 對(duì)于含F(xiàn)e量較高，或有較多含P量時(shí)，ZL102合金組織為： 初

7、生Si（Al9Fe2Si2）(Al)有時(shí)可能有（Al12Fe3Si）,ZL103鑄造態(tài)金相,變質(zhì)處理,變質(zhì)處理：為提高Al-Si合金的綜合性能，加入變質(zhì)劑，改變硅的分布形狀，使其呈點(diǎn)球狀。 變質(zhì)處理的類型：鈉變質(zhì)、磷變質(zhì)、鍶變質(zhì) 變質(zhì)不正常原因 變質(zhì)不足是由于變質(zhì)不完全，或部分變質(zhì)失效所致變質(zhì)后停留時(shí)間過長(zhǎng)引起變質(zhì)效果衰退。 變質(zhì)過度主要是由于變質(zhì)劑加入過多所引起。,變質(zhì)處理前后硅形貌,磷變質(zhì)處理,鋁硅合金組織中的雜質(zhì)相及主要特征,FeAl3:拋光態(tài)呈針片狀、淺灰色（比（AlFeSi）稍明），0.5HF浸蝕后基本不變色，浸蝕時(shí)間長(zhǎng)略呈棕色。 T1相，即（Al12Fe3Si）相：拋光態(tài)為亮灰色，

8、初晶呈多角形，與(Al)形成共晶時(shí)呈文字狀。0.5HF浸蝕后不變色， T2相，即（Al9Si2Fe2）相：拋光態(tài)呈粗針片狀或細(xì)針條狀，短?hào)艩?，灰色，具有鋼光澤。?.5HF作用下呈棕色。,多元鋁硅合金中新相 及主要特征,Mg2Si相：拋光態(tài)初晶呈多角形，共晶常為魚骨狀、亮灰色，但隨試樣拋光時(shí)間不同而呈藍(lán)棕色。0.5HF浸蝕后變?yōu)楹谏?相，即Al2Cu相：拋光態(tài)為淺桔紅色或帶粉紅色的密集結(jié)晶，常呈湖泊狀或具光滑邊界的骨骼狀分布于晶界處。在0.5HF作用下不受蝕，經(jīng)25HNO3熱蝕后呈紅銅色、深棕色或黑褐色。 S相，即Al2CuMg:拋光態(tài)為黃灰色或淺黃色，常呈蜂窩狀密集結(jié)晶。在0.5HF作用下

9、略受浸蝕呈淺棕色。 W相，即AlxMg5Cu4Si4相：拋光態(tài)為淺灰色、或青灰色片狀、塊狀或骨骼狀。在0.5HF浸蝕下不浸蝕。,鋁硅合金的熱處理,由于Si在Al中的溶解度變化較小，故鋁硅二元合金的熱處理強(qiáng)化效果較差，但多元鋁硅合金均可以通過熱處理以析出彌散強(qiáng)化相的方法來提高性能。 鋁合金中主要形成的中間相有：Al2Cu （相）、Mg2Si（相）、Mg2Zn2（相）、Al2CuMg（S相）、Al2Mg3Zn2（T相）、AlxMg5Cu4Si4（W相）等。由于他們?cè)阡X中的溶解度隨溫度下降而劇烈降低，故可用固溶處理（淬火）和時(shí)效的方法來提高強(qiáng)度。,固溶處理,把合金加熱到溶解度曲線以上（相圖），保溫一

10、定時(shí)間，隨后迅速冷卻，得到過飽和固溶體組織，以便隨后通過時(shí)效來提高強(qiáng)度。 固溶加熱溫度應(yīng)高于溶解度曲線，以得到最大溶解度的固溶體，提高強(qiáng)化效果。但應(yīng)低于共晶溫度，以免出現(xiàn)共晶過熱組織，從而降低零件力學(xué)性能，甚至報(bào)廢。 固溶化后，需以很快的速度冷卻下來，防止合金中間相析出，以得到高濃度的過飽和固溶體。,時(shí)效處理,固溶處理所得到的過飽和固溶體處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，其中的合金中間相（如Al2Cu、Mg2Si等）有很大的析出傾向。所以，固溶處理后，在一定溫度下，隨時(shí)間增長(zhǎng)，過飽和固溶體逐漸析出彌散的中間相（Al2Cu、Mg2Si等）細(xì)小質(zhì)點(diǎn)，使合金硬度、強(qiáng)度升高。該過程即為“時(shí)效”。 合金在室溫下析出的現(xiàn)象

11、為“自然時(shí)效”。 加熱到一定溫度保溫時(shí)的析出為“人工時(shí)效”。,鋁銅合金ZL2xx系列,第二代鑄造鋁合金，Cu含量3%11%，是強(qiáng)度最高的鋁合金 可通過熱處理強(qiáng)化，具有高的強(qiáng)度和耐熱性， 鑄造性能差，易產(chǎn)生裂紋，密度高，抗蝕性低 強(qiáng)化相Al2Cu 適于鑄造大負(fù)荷或耐熱鑄件,Al-Cu二元合金狀態(tài)圖,鋁銅合金主要相,（Al2Cu），T（Al12Mn2Cu ）、Al6Mn、Al3Ti等新相，雜質(zhì)相、N（Al7Cu2Fe）等，可分別形成（+Al6Mn）、（+）二元共晶及（+Al12Mn2Cu）三元共晶。,鋁鎂合金ZL3xx系列,第四代鋁合金，Mg含量4%11% 耐蝕鑄鋁合金，高的抗蝕性、強(qiáng)度、切削性能

12、和表面光潔度 鑄造和耐熱性能差 適于鑄造抗蝕、耐沖擊和表面裝飾性能高的鑄件 該合金中的主要相（Al）+（Mg5Al8）+FeAl3,鋁鋅合金ZL4xx系列,第一代鑄造鋁合金，無論強(qiáng)度、抗蝕性和鑄造性能均無突出的優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用范圍有限。 合金中的相組成（Al）+Mg2Si+（Al9Fe2Si2）。,過熱和過燒,顯微特征 共晶硅周角圓滑并凝聚長(zhǎng)大，顯示過熱特征。共晶硅進(jìn)一步聚集長(zhǎng)大，出現(xiàn)共晶體熔化形成過燒。當(dāng)溫度過高時(shí)，出現(xiàn)典型的復(fù)熔球和晶界重熔成為嚴(yán)重過燒，一般不允許有過燒存在。 產(chǎn)生原因 熱處理工藝不當(dāng)，或熱處理爐的溫度控制儀表失靈，和爐子跑溫引起溫度過高所致。若爐溫不均勻或裝爐不合理，造成部分

13、過燒現(xiàn)象。,過熱、過燒特征,Senior Engineer YangLi,變形鋁合金,變形強(qiáng)化鋁合金,只能采用加工硬化的方法來提高強(qiáng)度 純鋁 防銹鋁：Al-Mn系、Al-Mg系,主要組成相 雜質(zhì)相,熱處理強(qiáng)化鋁合金,熱處理：固溶處理+時(shí)效處理 種類： 鍛造鋁合金（Al-Mg-Si-Cu系） 硬鋁合金 （Al- Cu -Mg-Mn系） 超硬鋁合金 （Al-Zn-Mg-Cu系）,主要組成相 雜質(zhì)相 主要強(qiáng)化相,2A14 （LD10）金相組織,主要組成相 雜質(zhì) 主要強(qiáng)化相,2A12 （LY12）合金的 金相組織,主要組成相 雜質(zhì)相 主要強(qiáng)化相,7A04 （LC4）合金的金相組織,鑄造鋁合金的金相檢驗(yàn)

14、標(biāo)準(zhǔn),變質(zhì)效果評(píng)定： 提高合金的綜合性能，硅得到細(xì)化，呈點(diǎn)球狀。 標(biāo)準(zhǔn)：JB/T7946.1-1999鑄造鋁硅合金變質(zhì) 鈉變質(zhì)分為6級(jí)、磷變質(zhì)分為4級(jí) 熱處理過燒組織評(píng)定 標(biāo)準(zhǔn)：JB/T7946.3-1999鑄造鋁硅合金過燒 分為5級(jí) 晶粒度評(píng)定 標(biāo)準(zhǔn)：JB/T7946.4-1999鑄造鋁銅合金晶粒度 晶粒度分為8級(jí),變形鋁合金金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)GB/T3246.1-2000變形鋁及鋁合金制品的顯微組織經(jīng)驗(yàn)方法 鑄錠的顯微組織檢驗(yàn) 加工制品淬火及退火試樣檢驗(yàn) 高溫氧化 銅擴(kuò)散 晶粒度檢驗(yàn),鋁合金中主要相的侵蝕特征,通過用不同侵蝕劑侵蝕后觀察色澤變化予以鑒別。 鋁合金相鑒別的試劑及相的腐蝕特征見

15、表11-1,Senior Engineer YangLi,銅及銅合金的金相檢驗(yàn),概述,1、特點(diǎn)：優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，足夠的強(qiáng)度、彈性和耐磨性，良好的耐腐蝕性。 2、應(yīng)用：電氣、石油化工、船舶、機(jī)械、建筑等各領(lǐng)域。 3、分類： 純銅、黃銅、青銅、白銅 加工銅合金：紫銅、黃銅、青銅、白銅 鑄造銅合金：黃銅、青銅 壓鑄銅合金：特殊黃銅,銅合金的宏觀檢驗(yàn),制樣 侵蝕：硝酸水溶液侵蝕，稀鹽酸去黑膜 鑄造銅合金的常見缺陷 疏松 氣孔 外來非金屬和金屬夾雜 鑄造粗晶 冷隔,銅合金的微觀組織檢驗(yàn),制樣： 侵蝕： 三氯化鐵鹽酸溶液、硝酸鐵水溶液。,銅合金中非金屬夾雜物,常見夾雜物：Cu2O、CuS、MnS、C

16、u3P、BeC、Fe、Pb、Bi等，,夾雜物在顯微鏡下的顏色與形態(tài),氫脆,純銅中氧含量較高時(shí)，在氫氣等氣氛中退火過程中，氫氣在高溫下滲入Cu內(nèi)與Cu2O作用，形成高壓水蒸氣，在強(qiáng)度較低的晶界形成逸出通道導(dǎo)致銅的開裂。 純銅中氧含量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)YS/T335-1991電真空器件用無氧銅含氧量金相檢驗(yàn)法,氫脆,純銅（紫銅）,分類：含氧量和生產(chǎn)方式 工業(yè)純銅：T1、T2、T3、T4 無氧銅：TU1、TU2、TUP、TUMn 組織：銅晶粒；加工變形后為纖維狀組織，再結(jié)晶退火后為等軸晶（有孿晶） 低倍組織為發(fā)達(dá)的柱狀晶 晶粒度評(píng)定 YS/T347-2004單相銅合金晶粒度測(cè)定法 GB/T6394-2002金

17、屬平均晶粒度測(cè)定方法,銅晶粒,低倍組織,紫銅中（Cu-Cu2O）共晶體,黃銅,普通黃銅： 在銅中加入一定量的鋅獲得普通黃銅 Zn32% 單相黃銅 32% Zn50% + Zn50% 單相 黃銅 特殊黃銅：加入其他合金元素Pb、Al、Sn、Fe、Mn、Si、Ni等,銅鋅二元合金相圖,銅鋅二元平衡相圖中的相,相：固溶體面心立方晶格。Zn在室溫下的最大溶解度達(dá)3839，溫度升高溶解度降低，在902(905)降到32。 相塑性極高，適合于冷熱加工，并有優(yōu)良的鍛造、焊接和鍍錫能力 相：以電子化合物CuZn為基的固溶體，屬體心立方晶格，狀態(tài)圖中由450468的連線是相有序轉(zhuǎn)變溫度，高于此線相是無序固溶體，

18、塑性極高，適于熱變形，在連線以下是有序固溶體，塑性差，冷變形較困難。 相：以電子化合物Cu5Zn8為基的固溶體，屬復(fù)雜立方晶格，低于270 是有序固溶體，性極脆不能塑性加工。,H62的組織形貌,擠壓組織 熱軋組織,特殊黃銅,例題,試計(jì)算特殊黃銅HAl59-3-2的名義含Zn量及預(yù)估其組織 36(36)-(21.3) XZn 46.4 36+59 (36)-(21.3) HAl59-3-2的組織為（ ）,鋁黃銅,ZH772，77Cu，2Al，鋅當(dāng)量折算為28.7，故為單相組織 ZH67-2.5 ，67Cu，2.5Al HAl59-3-2，59Cu，3Al，2Ni，按鋅當(dāng)量計(jì)算預(yù)估組織為（ ），其中為微量，但鑄態(tài)組織多數(shù)為不平衡冷卻，所以實(shí)際組織為,鉛黃銅,在黃銅中加入鉛可以提高合金的耐（減）磨和切削性能。鑄態(tài)時(shí)鉛質(zhì)點(diǎn)分布于枝晶間，變形加工后一般以細(xì)小粒子的形態(tài)均勻分布于合金中，如HPb74-3鉛黃銅的顯微組織為+Pb；HPb59-1鉛黃銅的顯微組織為+Pb。,H591,錳黃銅,在黃銅中加入錳和鐵、鉛等元素得到錳黃銅，其力學(xué)性能、耐蝕性、工藝性能良好，常用于鑄