常用有色金属材料的组织与检验课件.ppt

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1、常用有色金属材料的组织与检验丁惠麟1常用有色金属材料的组织与检验众所周知，目前有色金属材料在航空工业中占有重要地位。据报道，目前铝合金在现代先进的军用及民航飞机的结构材料中仍保持统治地位（约占结构用材的50～80%）。这主要有两方面原因：一是通过改进热处理状态，充分发挥原有合金的潜力；另一方面是通过降低合金中的杂质含量，研制出一系列高纯、高强、高韧的新型铝合金，提高了合金的疲劳强度、断裂韧性，降低裂纹扩展速率，改善抗应力腐蚀性能。另外，镍基高温合金、钛合金和铝、镁合金有色金属在航空发动机用材中约占70～9

2、0%。近年来，随着发动机推动比的提高，高压压气机叶片和盘也开始采用高温合金，使其在发动机上的用量也有所增加，最高可达60%左右。且在民用工业上也逐渐增多。为确保有色金属材料的性能符合有关技术条件的要求，以保证产品的内在质量，应根据有关标准之规定，加强合金的金相组织检验工作。为此，本意主要介绍常用铝合金及铜合金的组织及其检验方法。2常用有色金属材料的组织与检验—铝合金一、铝合金（一）概述铝合金具有质轻、抗蚀、导电、导热、比强度高等特点，而且无低温脆性，易加工成型等优点，可通过固溶强化、时效强化和冷加工强化等

3、工艺来提高其力学性能，因此，在航空、航天及许多国防部门都是不可缺少的材料，在机械制造、化工、电力、仪表及轻工部门等也得到了广泛的应用。铝合金通常按热处理特性、性能、用途、或合金系列来分类（图1），合金元素量低于最大熔点D时，合金加热到一定温度后可成为单相α固溶体，塑性好，便于加工，故称为“形变铝合金”。合金元素量大于D点后，由于出现共晶组织，其塑性差，流动性好，适用于铸造，故称为“铸造合金”。在变形铝合金中，按合金成分又可分为热处理可强化铝合金及热处理不可强化铝合金。按性质和用途还可分为防锈铝、硬铝、锻铝

4、和超硬铝等合金。而铸造铝合金通常根据主要添加元素分成各种不同合金系列，如铝硅、铝铜、铝镁和铝锌等系列合金。铝合金在铸、锻和热处理等各种生产工艺不同，相应的组织和性能不同，还会出现变质不良、过烧、粗晶与穿流等各种组织缺陷和废品。所以各种铝制件在其制造过程中，必须进行高低倍组织检查来确保产品质量的可靠性。图1铝合金分类状态示意图3常用有色金属材料的组织与检验—铝合金（二）铸造铝合金1.铸造铝合金的组织特点铸造是高温液体金属在浇注前进行必要的处理后，在各种类型的铸型中凝固成型的过程。在此过程中金属液的结晶有它特

5、定的规律，它不同于轧制型材的固相形变组织。浇注后的各相形成有先后之分，先生成相的成长一般不受到空间阻碍或较少受到阻碍，当先生成相的核心形成后，其周围都是它成长的空间，因而先生成相具有特定的无拘束的形态。后生成的其它相只能在先生成相的残留空间生成，故受到先生成相的阻碍，其分布也受到约束。另外，液体金属将与空气、造型材料和熔炼浇注工具等发生机械的、物理和化学的相互作用，对凝固后的铸件内部会产生气孔和夹杂等各种不利影响，所以铸组织有它固有特点。1）铸件凝固冷却较慢，组织较粗大，各种初晶、共晶形成的相结晶成较粗大

6、的片状、块状、针状或骨骼状等，而铝固溶体晶粒生长成明显的树枝状。2）由于铸造合金中有较高的合金元素，就易形成粗大而数量较多的共晶组织，分布在α(Al)固溶体晶粒边界和枝晶间，构成枝晶网络。3）铸件形状不同，各部位冷速不同，形成结晶的不平衡而产生成分和组织的不均匀，以及初晶和共晶的偏析等，各种相组织变化较大，给金相组织的鉴别带来很多困难。铸造组织中还存在较多的铸造缺陷，如氧化物夹杂、缩孔、疏松、针孔、气泡和裂纹等。2.铸造工艺对组织的影响合金熔炼和铸造成型工艺对铸造组织的影响是明显的，主要的因素有以下几个4

7、常用有色金属材料的组织与检验—铝合金方面：1）冷却速度的影响在铸造成型过程中，提高冷却速度，使固溶体晶粒由粗大的树枝状结晶变成细小的等轴晶粒，还引起初生相和共晶相的细化，分布更为均匀。由于组织的细化，增加了热处理效果，明显地提高了机械性能，同时可以减轻和防止某些铸缺陷的形成，改善铸件的致密性，抵制针孔的产生，消除粗大脆性相，使之成细小均匀分布，减小其有害作用。2）凝固压力的影响浇注后增加凝固压力可加速模具和铸件间的热交换，使冷速加快，缩短凝固时间，细化晶粒，减少成分偏析，而且增加氢在金属液中的固溶度，防止

8、气泡成核，因而减轻了气孔和针孔等缺陷，提高了补缩能力，可消除缩孔和疏松。在高压下凝固时可提高Al-Si合金中硅的溶解度，增加共晶体中硅的数量，使枝晶改变为等轴晶组织和共晶硅细化，因而提高了强度塑性和抗疲劳能力。3）变质处理对组织与性能的影响金属液的变质处理是细化铸造组织的方法之一，它可使固溶体、共晶组织和初晶组织细化。在合金中添加少量的Ti、Zr、B、V等合金元素，以增加合金液中Al3Ti、Al3Zr、AlB2、TiB2等高熔