1、Senior Engineer YangLi鋁與鋁合金金相檢驗楊力概述概述n1、特點：密度小、優良的塑性、高導電性、導熱性、抗蝕性能、鑄造性、切削加工成型，高的比強度和比剛度。n2、應用：飛機、機械、化工、電力、儀表、建筑等各領域。鋁合金的分類鋁合金的分類鋁合金的分類鋁合金的分類n鑄造鋁合金n合金組元含量在D點以右，由于出現共晶組織，其塑性差，液體流動性好，適合鑄造，故稱鑄造鋁合金。根據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。n變形鋁合金n合金組元含量在D

2、點以左的合金可通過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。根據其能否采用熱處理手段來強化性能，分為可熱處理強化鋁合金：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nSi：室溫時硅在鋁中溶解度極小，屬共晶類組織nCu：高強度鋁合金的重要合金元素nMg：可以提高鋁合金的強度，降低比重，并有一定的抗蝕性nMn：提高鋁的抗蝕性nZ

3、n：在鋁中溶解度很大，鋁合金金相檢驗內容鋁合金金相檢驗內容n1、加工過程形成的不良組織n2、確認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鋁合金的宏觀檢驗n特點：使用簡單手段，可在較大范圍內對鋁合金制品的內在缺陷作檢驗。n方法：n斷口檢驗 n低倍檢驗 鋁合金的宏觀檢驗鋁合金的宏觀檢驗n1、試樣的制備n取樣部位：有代表性n取樣方式：鋸切或銑割n加工方法：切削加工量小n粗糙度要求：不低于3.2Ran清洗：汽油、酒精、丙酮鋁合金的宏觀檢驗鋁合金的宏觀檢驗n2、試樣的侵蝕n侵蝕劑：NaOH（10%25%）n時間：330minn去膜：20%30%HNO3n沖水鋁合金的宏觀檢驗鋁合金的宏觀檢驗

4、n3、檢驗標準nJB/T7946.2-1999鑄造鋁合金針孔n五級針孔nGB/T3246.2-2000變形鋁及鋁合金制品低倍組織檢驗方法n缺陷分為22種n晶粒度檢驗n斷口檢驗變形鋁合金的缺陷變形鋁合金的缺陷n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、焊合不良、鍛造裂紋、壓折、流紋不順、裂口、縱向裂紋。鋁合金的微觀檢驗鋁合金的微觀檢驗n1、試樣的制備n取樣n粗磨：銼刀銼平n細磨：砂紙n拋光n粗拋（ 轉速500600rpm）n精拋（ 轉速150500rpm）n2、侵蝕劑的選擇n根據合金成分

5、、材料狀態及檢驗目的常用侵蝕劑（見表12-1）鑄造鋁合金鑄造鋁合金nAl-Si系（ZL1） 15種牌號nAl-Cu系（ZL2）6種牌號nAl-Mg系（ZL3）3種牌號nAl-Zn系（ZL4）2種牌號鋁硅合金（鋁硅合金（ZL1xx）n第三代鑄造鋁合金n具有良好的鑄造性能和抗蝕性n含硅（4.5%13%）加入強化元素，形成強化相Mg2Si、Al2Cu、Al2CuMg等n缺點：共晶Si呈粗大的針狀，機械性能低。需經變質處理。Al-Si二元合金狀態圖二元合金狀態圖Al-Si二元合金狀態圖二元合金狀態圖nAlSi二元相圖（最簡單的共晶型相圖）：在577和含12.6Si時：n二元共晶反應 L(Al)+ Si

6、。n在共晶溫度（577），Si在固體Al中溶解度為1.65。室溫時溶解度幾乎為零。鋁硅合金基本組成相鋁硅合金基本組成相n（Al）樹枝狀晶（基體）nSin初晶硅：多邊形、幾何狀、深灰色 n共晶硅：針塊狀 三種鋁硅合金基本組織三種鋁硅合金基本組織n亞共晶AlSi合金：n樹枝狀(Al)相（Si）共晶體（分布在枝晶間）n共晶AlSi合金：n（Si）共晶n過共晶AlSi合金：n塊狀初生Si（Si）共晶體： ZL102合金（合金（10.013Si）n在AlSi相圖共晶點成分左右，其組織有大量(Al)Si共晶組織以外，可出現少量的初生(Al)或出生Si相。n通常ZL102合金中含較多雜質元素Fe，因此用Al

7、FeSi三元相圖可得出：n對于含Fe量較低，且含Si量處于共晶點成分左側的ZL102合金組織為：n(Al)Si（Al9Fe2Si2）三元共晶n對于含Fe量較高，或有較多含P量時，ZL102合金組織為：n初生Si（Al9Fe2Si2）(Al)有時可能有（Al12Fe3Si）ZL103鑄造態金相變質處理變質處理n變質處理：為提高Al-Si合金的綜合性能，加入變質劑，改變硅的分布形狀，使其呈點球狀。n變質處理的類型：鈉變質、磷變質、鍶變質n變質不正常原因n變質不足是由于變質不完全，或部分變質失效所致變質后停留時間過長引起變質效果衰退。n變質過度主要是由于變質劑加入過多所引起。變質處理前后硅形貌變質處

8、理前后硅形貌磷變質處理磷變質處理鋁硅合金組織中的雜質相鋁硅合金組織中的雜質相及主要特征及主要特征nFeAl3:拋光態呈針片狀、淺灰色（比（AlFeSi）稍明），0.5HF浸蝕后基本不變色，浸蝕時間長略呈棕色。nT1相，即（Al12Fe3Si）相：拋光態為亮灰色，初晶呈多角形，與(Al)形成共晶時呈文字狀。0.5HF浸蝕后不變色，nT2相，即（Al9Si2Fe2）相：拋光態呈粗針片狀或細針條狀，短柵狀，灰色，具有鋼光澤。在0.5HF作用下呈棕色。 多元鋁硅合金中新相 及主要特征nMg2Si相：拋光態初晶呈多角形，共晶常為魚骨狀、亮灰色，但隨試樣拋光時間不同而呈藍棕色。0.5HF浸蝕后變為黑色。n

9、相，即Al2Cu相：拋光態為淺桔紅色或帶粉紅色的密集結晶，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25HNO3熱蝕后呈紅銅色、深棕色或黑褐色。nS相，即Al2CuMg:拋光態為黃灰色或淺黃色，常呈蜂窩狀密集結晶。在0.5HF作用下略受浸蝕呈淺棕色。nW相，即AlxMg5Cu4Si4相：拋光態為淺灰色、或青灰色片狀、塊狀或骨骼狀。在0.5HF浸蝕下不浸蝕。鋁硅合金的熱處理鋁硅合金的熱處理n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化相的方法來提高性能。n鋁合金中主要形成的中間相有：Al2Cu （

10、相）、Mg2Si（相）、Mg2Zn2（相）、Al2CuMg（S相）、Al2Mg3Zn2（T相）、AlxMg5Cu4Si4（W相）等。由于他們在鋁中的溶解度隨溫度下降而劇烈降低，故可用固溶處理（淬火）和時效的方法來提高強度。固溶處理固溶處理n把合金加熱到溶解度曲線以上（相圖），保溫一定時間，隨后迅速冷卻，得到過飽和固溶體組織，以便隨后通過時效來提高強度。n固溶加熱溫度應高于溶解度曲線，以得到最大溶解度的固溶體，提高強化效果。但應低于共晶溫度，以免出現共晶過熱組織，從而降低零件力學性能，甚至報廢。n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。 時效處理時效處理

11、n固溶處理所得到的過飽和固溶體處于亞穩定狀態，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，隨時間增長，過飽和固溶體逐漸析出彌散的中間相（Al2Cu、Mg2Si等）細小質點，使合金硬度、強度升高。該過程即為“時效”。n合金在室溫下析出的現象為“自然時效”。n加熱到一定溫度保溫時的析出為“人工時效”。鋁銅合金鋁銅合金ZL2xx系列系列n第二代鑄造鋁合金，Cu含量3%11%，是強度最高的鋁合金n可通過熱處理強化，具有高的強度和耐熱性，n鑄造性能差，易產生裂紋，密度高，抗蝕性低n強化相Al2Cun適于鑄造大負荷或耐熱鑄件Al-Cu二元合金狀態圖二元合

12、金狀態圖鋁銅合金主要相鋁銅合金主要相n（Al2Cu），T（Al12Mn2Cu ）、Al6Mn、Al3Ti等新相，雜質相、N（Al7Cu2Fe）等，可分別形成（+Al6Mn）、（+）二元共晶及（+Al12Mn2Cu）三元共晶。鋁鎂合金鋁鎂合金ZL3xx系列系列n第四代鋁合金，Mg含量4%11%n耐蝕鑄鋁合金，高的抗蝕性、強度、切削性能和表面光潔度n鑄造和耐熱性能差n適于鑄造抗蝕、耐沖擊和表面裝飾性能高的鑄件n該合金中的主要相（Al）+（Mg5Al8）+FeAl3鋁鋅合金鋁鋅合金ZL4xx系列系列n第一代鑄造鋁合金，無論強度、抗蝕性和鑄造性能均無突出的優點，故應用范圍有限。n合金中的相組成（Al）

13、+Mg2Si+（Al9Fe2Si2）。過熱和過燒n顯微特征n共晶硅周角圓滑并凝聚長大，顯示過熱特征。共晶硅進一步聚集長大，出現共晶體熔化形成過燒。當溫度過高時，出現典型的復熔球和晶界重熔成為嚴重過燒，一般不允許有過燒存在。n產生原因n熱處理工藝不當，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，造成部分過燒現象。過熱、過燒特征Senior Engineer YangLi 變形鋁合金變形鋁合金 變形強化鋁合金變形強化鋁合金n只能采用加工硬化的方法來提高強度n純鋁n防銹鋁：Al-Mn系、Al-Mg系主要組成相 雜質相熱處理強化鋁合金n熱處理：固溶處理+時效處理

14、n種類：n鍛造鋁合金（Al-Mg-Si-Cu系）n硬鋁合金 （Al- Cu -Mg-Mn系）n超硬鋁合金 （Al-Zn-Mg-Cu系） 主要組成相 雜質相 主要強化相2A14 （LD10）金相組織 主要組成相 雜質 主要強化相 2A12 （LY12）合金的 金相組織主要組成相 雜質相 主要強化相7A04 （LC4）合金的金相組織 鑄造鋁合金的金相檢驗標準鑄造鋁合金的金相檢驗標準n變質效果評定：n提高合金的綜合性能，硅得到細化，呈點球狀。n標準：JB/T7946.1-1999鑄造鋁硅合金變質n鈉變質分為6級、磷變質分為4級n熱處理過燒組織評定n標準：JB/T7946.3-1999鑄造鋁硅合金過燒

15、n分為5級n晶粒度評定n標準：JB/T7946.4-1999鑄造鋁銅合金晶粒度n晶粒度分為8級變形鋁合金金相檢驗標準n標準GB/T3246.1-2000變形鋁及鋁合金制品的顯微組織經驗方法n鑄錠的顯微組織檢驗n加工制品淬火及退火試樣檢驗n高溫氧化n銅擴散n晶粒度檢驗鋁合金中主要相的侵蝕特征n通過用不同侵蝕劑侵蝕后觀察色澤變化予以鑒別。n鋁合金相鑒別的試劑及相的腐蝕特征見表11-1Senior Engineer YangLi銅及銅合金的金相檢驗銅及銅合金的金相檢驗概述n1、特點：優良的導電性、導熱性，足夠的強度、彈性和耐磨性，良好的耐腐蝕性。n2、應用：電氣、石油化工、船舶、機械、建筑等各領域。

16、n3、分類：n純銅、黃銅、青銅、白銅n加工銅合金：紫銅、黃銅、青銅、白銅n鑄造銅合金：黃銅、青銅n壓鑄銅合金：特殊黃銅銅合金的宏觀檢驗n制樣n侵蝕：硝酸水溶液侵蝕，稀鹽酸去黑膜n鑄造銅合金的常見缺陷n疏松n氣孔n外來非金屬和金屬夾雜n鑄造粗晶n冷隔銅合金的微觀組織檢驗n制樣：n侵蝕：n三氯化鐵鹽酸溶液、硝酸鐵水溶液。銅合金中非金屬夾雜物n常見夾雜物：Cu2O、CuS、MnS、Cu3P、BeC、Fe、Pb、Bi等，夾雜物在顯微鏡下的顏色與形態夾雜類型 明場下觀察正交偏光下觀察Cu2O點狀或球狀，灰蘭色血紅色，各向異性CuS點狀或塊狀，青灰色不透明 各向同性Cu3P不規則形狀，深灰褐色 不透明Be

17、C規則幾何形狀 灰紫色不透明Pb點狀或呈網狀 深灰色不透明Fe星形或點狀 蘭灰色不透明氫脆n純銅中氧含量較高時，在氫氣等氣氛中退火過程中，氫氣在高溫下滲入Cu內與Cu2O作用，形成高壓水蒸氣，在強度較低的晶界形成逸出通道導致銅的開裂。n純銅中氧含量評定標準YS/T335-1991電真空器件用無氧銅含氧量金相檢驗法氫脆純銅（紫銅）n分類：含氧量和生產方式n工業純銅：T1、T2、T3、T4n無氧銅：TU1、TU2、TUP、TUMnn組織：銅晶粒；加工變形后為纖維狀組織，再結晶退火后為等軸晶（有孿晶）n低倍組織為發達的柱狀晶n晶粒度評定nYS/T347-2004單相銅合金晶粒度測定法nGB/T639

18、4-2002金屬平均晶粒度測定方法銅晶粒低倍組織紫銅中（Cu-Cu2O）共晶體黃銅n普通黃銅：n在銅中加入一定量的鋅獲得普通黃銅nZn32% 單相黃銅n32% Zn50% +nZn50% 單相 黃銅n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n相：固溶體面心立方晶格。Zn在室溫下的最大溶解度達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，并有優良的鍛造、焊接和鍍錫能力n相：以電子化合物CuZn為基的固溶體，屬體心立方晶格，狀態圖中由450468的連線是相有序轉變溫度，高于此線相是無序固溶體

19、，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。n相：以電子化合物Cu5Zn8為基的固溶體，屬復雜立方晶格，低于270 是有序固溶體，性極脆不能塑性加工。H62的組織形貌n擠壓組織n熱軋組織合金元素MnPbAlSiFeSnNiMg Cd鋅當量系數0.51.06.010.00.92.0-1.3 2.0 1.0特殊黃銅例題n試計算特殊黃銅HAl59-3-2的名義含Zn量及預估其組織n 36(36)-(21.3)nXZn 46.4n 36+59 (36)-(21.3)nHAl59-3-2的組織為（ ）鋁黃銅nZH772，77Cu，2Al，鋅當量折算為28.7，故為單相組織nZH67-2.5 ，67Cu，2.5AlnHAl59-3-2，59Cu，3Al，2Ni，按鋅當量計算預估組織為（ ），其中為微量，但鑄態組織多數為不平衡冷卻，所以實際組織為鉛黃銅n在黃銅中加入鉛可以提高合金的耐（減）磨和切削性能。鑄態時鉛質點分布于枝晶間，變形加工后一般以細小粒子的形態均勻分布于合金中，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