導(dǎo)軌滑塊單元知識:鋁及鋁合金的金相檢驗

  鋁及鋁合金的金相檢驗
一 、 概 述
   鋁 及 鋁 合 金 密 度 很 小 ， 具 有 優(yōu) 良 的 塑 性 、 高 的 導(dǎo) 電 性 、 導(dǎo) 熱 性 、 抗 蝕 性 能 ， 其 鑄 造 性 、 切 削性 、 加 工 成 型 性 能 也 十 分 優(yōu) 異 ， 特 別 是 通 過 合 金 化 、 熱 處 理 、 加 工 硬 化 等 手 段 可 以 顯 著 提 高 鋁合 金 的 強(qiáng) 韌 性 ， 并 使 它 們 的 比 強(qiáng) 度 和 比 剛 度 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 超 過 一 般 的 合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼 ， 因 而 它 們 的 應(yīng) 用 極為 廣 泛 ， 是 航 空 航 天 工 業(yè) 不 可 缺 少 的 材 料 ，在 機(jī) 械 、 化 工 、 電 力 、 儀表 、 建 筑 、 交 通 運 輸 等 領(lǐng) 域 也 得 到 廣 泛 的 應(yīng) 用 ， 隨 著 材 料 技 術(shù) 的 進(jìn) 步 ， 各 類 新 型 鋁 合 金 及 其 鋁 合 金 制 備 技 術(shù) 也 在 不 斷 出 現(xiàn) ， 對 鋁合 金 的 分 析 檢 驗 也 提 出 了 新 的 要 求 。
       鋁 及 鋁 合 金 金 相 檢 驗 的 一 個 重 要 內(nèi) 容 是 檢 驗 鋁 合 金 在 加 工 過 程 中 形 成 的 不 良 組 織 ， 如鑄 造 鋁 硅 合 金 中 的 針 狀 共 晶 硅 、 鑄 造 鋁 合 金 中 的 針 孔 及 各 類 宏 觀 缺 陷 、 加 工 鋁 合 金 中 的 加 工 缺 陷 、 鑄 造 及 形 變 鋁 合 金 熱 處 理 過 程 中 產(chǎn) 生 的 過 熱 過 燒 組 織 等 。 這 些 不 良 組 織 會 嚴(yán) 重 惡 化鋁 合 金 的 性 能 ， 必 須 通 過 金 相 檢 驗 來 判 定 鋁 合 金 制 品 的 質(zhì) 量 ， 探 討 各 種 缺 陷 的 形 成 原 因 ， 以 改 進(jìn) 工 藝 ， 提 高 制 品 的 質(zhì) 量 。 因 而 金 相 檢 驗 是 鋁 合 金 制 品 質(zhì) 量 控 制 的 重 要 手 段 。
       鋁 及 鋁 合 金 中 的 相 分 析 主 要 依 賴 于 相 圖 的 運 用 。 鋁 是 面 心 立 方 晶 格 ， 無 同 素 異 構(gòu) 轉(zhuǎn) 變 ， 因 而 鋁 合 金 的 強(qiáng) 化 主 要 依 靠 合 金 化 （ 固 溶 強(qiáng) 化 ） 、 時 效 強(qiáng) 化 （ 彌 散 強(qiáng) 化 ） 和 冷 加 工 （ 加 工 硬 化 ） 。    鋁 合 金 中 出 現(xiàn) 的 各 類 相 均 可 以 在 有 關(guān) 的 相 圖 中 得 到 。 確 認(rèn) 各 種 合 金 （ 雜 質(zhì) ） 元 素 的 加 人 而 形成 的 金 屬 間 化 合 物 相 是 鋁 合 金 金 相 檢 驗 的 另 一 個 重 要 內(nèi) 容 。
       按 生 產(chǎn) 方 法 可 將 鋁 合 金 分 為 鑄 造 鋁 合 金 和 形 變 鋁 合 金 。 鑄 造 鋁 合 金 根 據(jù) 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） 、 壓 鑄 鋁 合 金 等 。 根 據(jù) 合 金 化 及 其 熱 處 理 特 性 通 常 將 形 變 鋁 合 金 分 為 熱 處 理 不 可 強(qiáng) 化 鋁 合 金 ［ 純 鋁 L 系 列 、 防 銹 鋁 LF(Al-Mn，Al-Mg) 系 列 ］ 和 熱 處 理 可 強(qiáng) 化 鋁 合 金 ［ 硬 鋁 LY(Al-Cu-Mg-Mn) 系 列 、 鍛 鋁 LD(Al-Mg-Si-Cu) 系 列 、 超 硬 鋁 LC(Al-Zn-Mg-Cu) 系 列 及 其 他 系 列 （ 如 A1-Li）］  。

二 、 鋁 合 金 的 宏 觀 檢 驗
       無 論 是 鋁 及 鋁 合 金 鑄 件 、 變 形 鋁 及 鋁 合 金 鑄 錠 還 是 變 形 鋁 合 金 加 工 材 、 制 品 ， 都 會 在 熔 煉 、 凝 固 結(jié) 晶 、 變 形 加 工 成 型 、 熱 處 理 等 過 程 中 由 于 種 種 原 因 在 制 品 中 產(chǎn) 生 相 應(yīng) 的 缺 陷 。 宏 觀 檢 驗 使 用 簡 單 的 手 段 ， 可 以 在 很 大 的 范 圍 內(nèi) 對 鋁 合 金 制 品 的 內(nèi) 在 缺 陷 進(jìn) 行 檢 驗 ， 因 而 是 一種 行 之 有 效 的 常 規(guī) 檢 驗 手 段 。 宏 觀 檢 驗 包 括 斷 口 檢 驗 和 低 倍 檢 驗 兩 種 方 法 。
  （ 一 ） 宏 觀 檢 驗 金 相 標(biāo) 準(zhǔn)
       目 前 鑄 造 鋁 合 金 低 倍 檢 驗 金 相 標(biāo) 準(zhǔn) 只 有 一 個 ， 即 JB/T 7946.2-1999《 鑄 造 鋁 合 金 針 孔 》 ， 該 標(biāo) 準(zhǔn) 將 針 孔 度 分 為 五 級 ， 并 給 出 了 五 級 針 孔 度 的 標(biāo) 準(zhǔn) 圖 片 ， 檢 驗 時 可 將 試 樣 對 照 分 級 標(biāo) 準(zhǔn) 圖 片 作 目 視 比 較 ， 確 定 試 樣 的 針 孔 度 等 級 。
       鑄 造 鋁 合 金 中 的 其 他 宏 觀 缺 陷 還 有 很 多 種 ， 但 目 前 尚 無 相 關(guān) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 對 各 類 缺 陷 予 以 定義 及 分 級 ， 因 此 ， 其 檢 驗 可 以 參 照 變 形 鋁 及 鋁 合 金 鑄 錠 缺 陷 標(biāo) 準(zhǔn) 進(jìn) 行 檢 驗 。
   （ 二 ） 鋁 合 金 中 的 宏 觀 缺 陷 種 類 及 特 征
       GB/T 3246. 2-2000《 變 形 鋁 及 鋁 合 金 制 品 低 倍 組 織 檢 驗 方 法 》 規(guī) 定 了 變 形 鋁 及 鋁 合 金鑄 錠 和 加 工 材 、 制 品 的 低 倍 組 織 檢 驗 時 試 樣 制 備 （ 包 括 圓 鑄 錠 、 擠 壓 制 品 、 鍛 件 、 板 材 等 ） 、 試樣 侵 蝕 、 組 織 檢 驗 、 缺 陷 分 類 及 試 驗 記 錄 等 內(nèi) 容 。 該 標(biāo) 準(zhǔn) 中 將 缺 陷 分 為 22 種 ， 分 別 為 ：
     1. 疏 松    在 晶 界 及 枝 晶 網(wǎng) 絡(luò) 等 地 方 產(chǎn) 生 的 宏 觀 或 微 觀 的 分 散 性 微 孔 ， 造 成 鑄 件 組 織 不致 密 。
     2. 非 金 屬 夾 雜     混 人 鑄 錠 中 的 熔 渣 或 落 人 鑄 錠 內(nèi) 的 其 他 非 金 屬 雜 質(zhì) 。
3. 外 來 金 屬 夾 雜 及 白 斑     鑄 造 過 程 中 掉 人 鑄 錠 內(nèi) 的 其 他 金 屬 的 條 、 塊 及 片 為 外 來 金 屬夾 雜
4. 氧 化 膜    在 低 倍 試 樣 上 呈 短 線 狀 裂 紋 ， 多 集 中 于 最 大 變 形 部 位 ， 并 沿 金 屬 流 線 方 向分 布。
     5. 化 合 物 (一 次 晶 )    為 形 狀 規(guī) 則 的 粗 大 化 合 物  。
     6. 羽 毛 狀 晶    又 稱 花 紋 狀 組 織 ， 為 擇 優(yōu) 取 向 的 孿 晶  。
     7. 光 亮 晶 粒    在 橫 向 低 倍 試 樣 上 為 色 澤 光 亮 ， 對 光 線 無 選 擇 性 ， 并 有 樹 枝 狀 結(jié) 晶 特 征的 組 織 。
     8. 氣 孔    低 倍 橫 向 試 樣 上 未 經(jīng) 侵 蝕 即 可 顯 現(xiàn) 的 表 面 光 滑 的 圓 形 或 橢 圓 形 孔 洞 。
9. 冷 隔    鑄 造 時 由 于 液 流 中 斷 或 供 給 不 足 ， 靠 近 槽 壁 的 熔 體 金 屬 不 能 形 成 一 結(jié) 晶 整體  。
10. 鑄 造 裂 紋    合 金 在 結(jié) 晶 過 程 中 或 完 全 凝 固 后 發(fā) 生 的 開 裂 ， 前 者 為 熱 裂 ， 后 者 為 冷 裂 。
     11. 板 材 分 層    分 為 張 開 型 和 夾 雜 型 。
     12. 縮 尾     因 金 屬 的 不 均 勻 流 動 ， 在擠 壓 后 期 擠 壓 制 品 內(nèi) 部 形 成 的 缺 陷 稱 縮 尾 。
     13. 成 層     在 擠 壓 制 品 橫 向 低 倍 試 樣 上 的 邊 緣 ， 常 出 現(xiàn) 明 顯 的 殼 狀 分 層 或 弧 形 裂 紋  。
     14. 擠 壓 裂 紋    在 擠 壓 制 品 的 表 面 層 產(chǎn) 生 的 鋸 齒 狀 開 裂 。
     15. 淬 火 裂 紋    由 于 淬 火 過 燒 而 形 成 的 裂 紋 。
     16. 粗 晶 環(huán)    在 淬 火 處 理 的 擠 壓 制 品 橫 向 低 倍 試 樣 上 ，出 現(xiàn) 的 粗 大 再 結(jié) 晶晶 粒 組 織 區(qū) ， 稱 粗 晶 環(huán) 。
  17. 焊 合 不 良    用 分 流 組 合 模 擠 壓 的 制 品 ， 其 焊 合 區(qū) 出 現(xiàn) 連 續(xù) 或 斷 續(xù) 的 黑 色縫 隙 ， 稱 焊 合 不 良 ；
     18. 鍛 造 裂 紋   在 鍛 造 過 程 中 ， 由 于 張 力 的 作 用 所 引 起 的 開 裂 。
     19. 壓 折    在 模 壓 制 品 的 低 倍 試 樣 邊 緣 ， 出 現(xiàn) 有 由 里 向 外 斜 向 延 伸 的 光 滑 折 縫 線 。
     20. 流 紋 不 順    金 屬 模 壓 變 形 時 ，金 屬 流 動 的 流 線 未 能 按 制 品 的 外 形 輪 廓 分布 ， 稱 為 流 紋 不 順 。
     21. 裂 口   鑄 軋 板 的 表 面 局 部 出 現(xiàn) 拋 物 線 狀 裂 紋 并 深 人 斷 面 一 定 深 度 稱 裂 口 。
     22. 縱 向 裂 紋   在 鑄 軋 板 表 面 沿 縱 向 有 一 條 或 幾 條 筆 直 的 裂 紋 ， 稱 為 縱 向 裂 紋 。
 

  （ 三 ） 鋁 合 金 制 品 的 晶 粒 度 檢 驗
標(biāo) 準(zhǔn) GB/T 3246.2-2000 中 還 規(guī) 定 了 斷 口 檢 驗 方 法 和 制 品 的 晶 粒 度 檢 驗 方 法 。
晶 粒 度 的 評 定 可 通 過 實 物 與 晶 粒 度 標(biāo) 準(zhǔn) 照 片 比 較 確 定 ， 其 中 等 軸 晶 粒 度 分 為 8級 ， (連)鑄(連)軋 板 (帶 )晶 粒 度 分 為 5 級 。 應(yīng) 該 注 意 的 是 ， 與 常 用 的 晶 粒 度 評 定 方 法 相反 ， 本 標(biāo) 準(zhǔn) 中 晶 粒 度 級 別 越 高 ， 晶 粒 越 粗 。

三 、 鋁 合 金 的 微 觀 檢 驗
   （ 一 ） 鋁 合 金 金 相 樣 品 制 備 技 術(shù)
      鋁 及 鋁 合 金 的 制 樣 過 程 中 必 須 避 免 形 成 較 深 的 變 形 層 。 取 樣 時 可 以 用 手 工 或 機(jī) 械 鋸 切的 方 法 在 需 要 分 析 的 部 位 取 樣 ， 然 后 用 銑 刀 、 銼 刀 或 粗 砂 紙 將 受 檢 面 磨 平 （ 磨 去 1～3 mm ） ，而 不 宜 用 砂 輪 切 割 或 磨 平 ； 再 用 金 相 砂 紙 由 粗 到 細(xì) 逐 道 磨 制 ， 一 般 磨 到 600 ” 砂 紙 即 可 ； 注 意磨 樣 過 程 中 用 力 要 適 中 ， 并 避 免 將 上 道 粗 砂 粒 帶 入下 一 道 ， 如 采 用 預(yù) 磨 機(jī) 則 最 好 用 煤 油 進(jìn) 行冷 卻 和 潤 滑 。 如 樣 品 較 小 或 需 要 觀 察 試 樣 的 表 面 （ 如 檢 驗 包 覆 層 ） 可 用 鑲 嵌 試 樣 ， 但 要 注 意鑲 嵌 熱 量 對 部 分 鋁 合 金 的 時 效 強(qiáng) 化 作 用 ， 故 盡 可 能 采 用 冷 鑲 法 制 樣 。 鋁 合 金 的 拋 光 可 以 采用 機(jī) 械 拋 光 、 化 學(xué) 拋 光 和 電 解 拋 光 ， 以 機(jī) 械 拋 光 較 為 常 用 。 機(jī) 械 拋 光 分 為 粗 拋 和 細(xì) 拋 兩 步 ，粗 拋 可 用 濃 度 較 大 、 粒 度 較 粗 的 氧 化 鋁 、 氧 化 鉻 粉 與 水 混 合 的 懸 浮 液 或 金 剛 石研 磨 膏 ， 在細(xì) 帆 布 或 毛 呢 上 進(jìn) 行 ； 細(xì) 拋 則 采 用 濃 度 較 稀 、 粒 度 較 小 的 氧 化 鋁 、 氧 化 鉻 懸 浮 液 或 金 剛 石 研 磨 膏 在 的 絲 絨 上 進(jìn) 行 ； 如 果磨 制 不 當(dāng) 則 可 在 磨 面 表 面 生 成 一 層 灰 白 色 的 氧 化 膜 ， 經(jīng) 侵 蝕 后 表 面 發(fā) 灰 ， 高 倍 觀 察 時 可 見 鋁  基 體 上 的 許 多 小 黑 點 。 正 確 的 拋 光 樣 品 表 面 極 光 亮 ， 無 磨 痕 和 臟 物 ； 對 工 業(yè) 純 鋁 和 高 純 鋁 試樣 細(xì) 拋 后 無 法 去 除 磨 痕 的 ， 可 用 電 解 拋 光 的 方 法 制 樣 。
   

 （ 二 ） 侵 蝕 劑 的 選 擇
     侵 蝕 劑 的 選 擇 應(yīng) 根 據(jù) 合 金 成 分 、 材 料 狀 態(tài) 及 檢 驗 目 的 而 定 。 常 用 的 侵 蝕 劑 有 HF(1mL)/H20(200mL)， HF(50mL)／H20(50mL)， HF(2mL)／HCl(3mL)／HN03(5mL)／H20(190mL)，HNO3(25 mL)／H20(75 mL)，H2S04  (10～20mL)／H20(80～90mL)，H3P04(10mL)／H20(90 mL) 等 ， 可 分 別 用 于 顯 示 鋁 的 一 般 組 織 、 晶 粒 組 織 、 辨 別 鋁 合 金 中 的 各 類 相 。 侵 蝕 劑 應(yīng) 采 用 化 學(xué) 純 試 劑 和 蒸 餾 水 配 制 。
在 偏 光 下 觀 察 鑄 錠 、 退 火 狀 態(tài) 樣 品 的 晶 粒 及 加 工 變 形 材 料 的 顯 微 組 織 ， 拋 光 后 的 試 樣 應(yīng) 進(jìn) 行 陽 極 化 制 膜 處 理 ， 具 體 內(nèi) 容 可 參 見 有 關(guān) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 和 手 冊 。

四 、 鑄 造 鋁 合 金 的 金 相 檢 驗
       1. 鋁 硅 合 金 系 列    該 系 列 合 金 是 鑄 造 鋁 合 金 中 應(yīng) 用 最 廣 的 一 類 合 金 ， 以 鋁 硅 二 元 合 金 為 基 礎(chǔ) 。 鋁 硅 二 元 合 金 相 圖 見 圖 9-1 ， 為 典 型 的 共 晶 系 相 圖 ， 共 晶 點 溫 度 577 ℃ ， 含 硅 量 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 12.6。 鑄 造 鋁 硅 合 金 一般 含 硅 量 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 4.5～13 ％ ， 具 有 良 好 的 流 動 性 、 小 的 線 收 縮 、 低 的 熱 裂 性 和 良 好 的 氣 密 性 ， 并 且 有 較 好 的 力 學(xué) 性 能 和 耐 磨 性 能。
根 據(jù) 相 圖 ， 亞 共 品 鋁 硅 合 金 在 凝 固 過 程中先生
成樹枝狀的α鋁相，余下的部分鋁液在α鋁樹枝生成(α+Si)共晶體。過共晶鋁 硅 合 金 則 首 先 析 出 多 邊 形 塊 狀 初 生 硅 ， 然 后 再 生 成 (α+Si) 共 晶 體 。鋁 硅 共 晶
圖 9-1   鋁硅二元合金相圖`             體 中 的 Si一 般 呈 粗 大 針 狀 分 布 ， 會 降 低 合 金 的 力 學(xué) 性 能 。 生 產(chǎn) 上 多 采 用 （ 鈉 鹽 或 鍶 鹽 ） 變 質(zhì) 處 理 的方 法 來 提 高 鑄 造 鋁 硅 合 金 的 綜 合 性 能 。 經(jīng) 過 良 好 變 質(zhì) 處 理 的 共 晶 硅 得 到 了 細(xì) 化 ， 呈 點 球狀 。 最 簡 單 的 鋁 硅 合 金 為 ZL102 ， 含 硅 量 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 10.0 ％ ～13 ％ ，為 共 晶 成 分 。 其 平 衡 組 織 為 鋁 基 體 上 分 布 著 粗 大 的 共 晶 硅 。 經(jīng) 過 正 常 變 質(zhì) 處 理 后 ，其 顯 微 組 織 為 均 勻 分 布的 樹 枝 狀 α鋁 初 晶 及 細(xì) 粒 狀 硅
與 鋁 基 體 組 成 的 (α十 Si) 共 晶 。 圖
12-2 (a) 、(b) 分 別 為 未 經(jīng) 變 質(zhì) 處 理
和 經(jīng) 過 正 常 變 質(zhì) 處 理 后 的 鋁 硅 合 金
的 金 相 組 織 。 此 外 ， 鋁 硅 合 金 中 常
含 有 雜 質(zhì) 元 素 鐵 ， 會 形 成 粗 大 針 狀
鐵 相 ，損 害 合 金 的 力 學(xué) 性 能 。
鋁 硅 二 元 合 金 的 力 學(xué) 性 能 較 差 。
通 過 添 加 各 種 合 金 元 素 ，可 得 到 多            
元 的 鋁 硅 鑄 造 合 金 。由 于 硅 在 鋁 中                 （ a） 未 經(jīng) 變 質(zhì) 處 理                          （ b） 經(jīng) 正 常 變 質(zhì) 處 理
的 溶 解 度 變 化 較 小 ， 故 鋁 硅 二 元 合                          圖 9- 2     鋁 硅 合 金 金 相 組 織 （ l00 x ）
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 。由 于 鑄 件 中 組 織 較 粗 大 ，且 存 在 偏 析 和 粗 大 化 合 物 相 ，故 鑄 件 的 固 溶 處 理 應(yīng) 保 溫 足 夠 長 的 時 間 ， 以 保 證 充 分 固 溶 。                    
      2． 鋁 銅 合 金 系 列     即 ZL2XX 類 合 金 ， 常 見 的 有 ZI,201, ZL202 , 有 較 好 的 熱 強(qiáng) 性 ， 可 通
過 熱 處 理 時 效 強(qiáng) 化 。
      此 外 ， 鑄 造 鋁 合 金 中 尚 有 鋁 鎂 系 合 金 ， 如 二 元 合 金 ZL301 ， 多 元 合 金 ZL303, ZL305 等 ；
以 及 鋁 鋅 系 合 金 ， 如 ZL401、ZL402 等 。 這 些 合 金 中 的 相 組 成 可 參 見 同 類 形 變 鋁 合 金 。
      3． 鑄 造 鋁 合 金 的 金 相 檢 驗 標(biāo) 準(zhǔn)    鑄 造 鋁 合 金 的 金 相 檢 驗 可 以 分 別 在 拋 光 態(tài) 和 侵 蝕 后 進(jìn) 行 ，主 要 檢 驗 依 據(jù) 是 原 機(jī) 械 部 標(biāo) 準(zhǔn)JB/T 7946-1999《 鑄 造 鋁 合 金 金 相 》 ， 其 中 JB/T 7946.1-1999 用
于 鑄 造 鋁 硅 合 金 的 變 質(zhì) 效 果 的 評 定 ，JB/T 7946.3-1999 用 于 鑄 造 鋁 硅 合 金 的 熱 處 理 過 燒 組 織 的 評 定 ，JB/T 7946.4-1999 用 于 鑄 造 鋁 銅 合 金 晶 粒 度 的 評 定 。 此 外 ， 金 相 檢 驗 也 通 常 包 括 顯 微 疏 松 的 觀 察 。
(1) 鑄 造 鋁 硅 合 金 變 質(zhì) 效 果 的 評 定 是 鑄 造 鋁 合 金 金 相 檢 驗 的 最 主 要 的 一 個 方 面 。 該 標(biāo) 準(zhǔn) 分 別 給 出 了 用 于 評 定 鈉 變 質(zhì) 和 磷 變 質(zhì) 的 兩 個 系 列 的 變 質(zhì) 效 果 評 定 方 法 ， 其 中 以 鈉 變 質(zhì) 較 為 常 用 。 另 外 ， 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 也 比 較 廣 地 采 用 鍶 變 質(zhì) 處 理 ， 在 實 踐 中 可 參 照 鈉 變 質(zhì) 效 果 評 定 方 法 進(jìn) 行 。鑄 造 鋁 合 金 金 鈉 變 質(zhì) 試 樣 按 照 共 晶 硅 的 形 貌 將 變 質(zhì) 效 果 分 為 未 變 質(zhì) （ 針 狀 共 晶 硅 ） 、 變 質(zhì) 不 足 （短 桿 狀、針 狀 共 晶 硅 ）、變 質(zhì) 正 常（點 狀、蠕 蟲 狀 共 晶 硅 ）、變 質(zhì) 衰 退（共 晶 硅 變 粗 ）、輕 度 過 變 質(zhì) 、 嚴(yán) 重 過 變 質(zhì) 等 六 級 。 鑄 造 鋁 硅 共 晶 合 金 磷 變 質(zhì) 試 樣 變 質(zhì) 效 果 ， 分 為 未 變 質(zhì) 、 變 質(zhì) 良 好 、 變 質(zhì) 正 常 、 變 質(zhì) 不 足 四 級 。
     (2) 鑄 造 鋁 硅 合 金 過 燒 組 織 的 評 定 適 用 于 可 熱 處 理 強(qiáng) 化 的 合 金 ， 由 于 鑄 造 合 金 在 凝 固 過 程 中 存 在 偏 析 和 低 熔 點 共 晶 物 ， 在 隨 后 的 固 溶 處 理 溫 度 下 ， 會 在 合 金 中 出 現(xiàn) 過 燒 三 角 或 晶 界 熔 化 、 復(fù) 熔 球 ， 及 復(fù) 熔 共 晶 體 等 金 相 組 織 ， 即 為 過 燒 。根 據(jù) 金 相 組 織 特 點 將 鑄 造 鋁 硅 合 金 的 過 燒 分 為 正 常 組 織 、 過 熱 組 織 、 輕 微 過 燒 組 織 、 過 燒 組 織 、 嚴(yán) 重 過 燒 組 織 等 五 級 。
(3) JB/T 7946.4-1999 用 于 鑄 造 鋁 銅 合 金 晶 粒 度 的 評 定 。 一 般 從 抗 拉 試 樣 上 切 取 或 按 有 關(guān) 技 術(shù) 文 件 規(guī) 定 要 求 取 樣 ，在 顯 微 鏡 下 檢 查 整 個 受 檢 面 ， 并 按 大 多 數(shù) 視 場 對 應(yīng) 級 別 圖 評 級 。 鑄 造 鋁 銅 合 金 晶 粒 度 分 為 八 級 。

五、、變 形 鋁 合 金 的 金 相 檢 驗
       根 據(jù) 鋁 合 金 熱 處 理 特 性 的 不 同 ， 可 將 其 分 為 熱 處 理 強(qiáng) 化 鋁 合 金 和 形 變 強(qiáng) 化 鋁 合 金 ， 如 圖 12-3所 示 二 元 鋁 合 金 的 典 型 相 圖 ， 在合金元素含量少的富鋁一側(cè)可
形 成 有 限 固 溶 體 ， 而在合 金 元 素 含 量 較 高時發(fā)生共 晶 轉(zhuǎn) 變 。
圖 中 D 點 以 右 的 合 金 ， 合 金 元 素 含 量 較 高 ， 流 動 性 較 好 ，
為  鑄 造 鋁 合 金 ； D 點 以 左 的 合 金 元 素 含 量 較 少 ， 但 可 以 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 變 形 鋁 合 金 。 變 形 鋁 合 金 中 的 右 側(cè) 成 分 范 圍 內(nèi) ，
合 金 元 素 在 鋁 中 的 固 溶 度 隨 溫 度 的 下 降 而 降 低 ， 因 而 可 以 通
過 熱 處 理 強(qiáng) 化 ， 為 熱 處 理 可 強(qiáng) 化 鋁 合 金 ； 左 側(cè) 成 分 范 圍 的 合
金 則 為 變 形 強(qiáng) 化 鋁 合 金 。
   （ 一 ） 變 形 強(qiáng) 化 鋁 合 金 的 金 相 檢 驗                                                          
      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 ，主                 圖  9- 3     二 元 鋁 合 金 典 型 相 圖 及
主 要 有 純 鋁 合 金 和 防 銹 鋁 合 金 。 純 鋁 中 主要 的 雜 質(zhì) 元 素 為 硅 、                          鋁合金的分類示意圖
鐵 ， 由 于 它 們 在 鋁 中 的 固 溶 度 很 小 ， 因 而 通 常 以 雜 質(zhì) 相 的 形 態(tài) 存 在 ， 如 FeA13 相 呈 針 狀 或 細(xì) 條 狀 ， 初 生 A11Z Fe3Si 呈 枝 條 狀 ， 共 晶 A11z Fe3Si 呈 骨 架 狀 。 經(jīng) 變 形 加 工 后 ， 雜 質(zhì) 相 被 破 碎 沿 壓 延 方 向 呈 不 連 續(xù) 的 條 帶 狀 排 列 ， 組 織 呈 變 形 纖 維 狀 。
   防 銹 鋁 合 金 主 要 有 鋁 鎂 系 合 金 和 鋁 錳 系 合 金 。 鋁 鎂 系 合 金 中 有 LF2, LF3, LF5, LF6等 牌 號 ， 含 鎂 量 均 小 于 ７ ％ 。 鋁 錳 系 合 金 主 要 有 LF21 ， 含 錳 1.0 ％ 一 1.6 ％ ， 
   （ 二 ） 熱 處 理 強(qiáng) 化 鋁 合 金 的 金 相 檢 驗
   熱 處 理 強(qiáng) 化 鋁 合 金 包 括 鍛 鋁 、 硬 鋁 、 超 硬 鋁 等 種 類 。 它 們 的 熱 處 理 強(qiáng) 化 原 理 基 本 相 同 ，即 將 鋁 合 金 加 熱 到 溶 解 度 曲 線 溫 度 以 上 ，保 溫 一 定 時 間 后 ，迅 速 冷 卻 得 到 過 飽 和 固 溶 體 （此 工 藝 稱 為 固 溶 處 理 ） 。 固 溶 處 理 的 溫 度 應(yīng) 盡 可 能 的 高 ，以 提 高 鋁 基 體 中 的 溶 質(zhì) 原 子 的 固 溶 度 ， 但 又 應(yīng) 注 意 不 要 超 過 晶 界 上 的 共 晶 體 的 共 晶 溫 度 ， 以 免 造 成 過 燒 缺 陷 。 經(jīng) 固 溶 處 理 后 ，合 金 的 基 體 為 過 飽 和 α鋁 ， 有 較 好 的 塑 性 。 將 過 飽 和 固 溶 體 在 室 溫 或 一 定 的 溫 度 ( 如 180℃ ) 保 溫 一 定 時 間 ， 過 飽 和 固 溶 體 中 會 析 出 細(xì) 小 的 彌 散 強(qiáng) 化 相 ， 這 樣 的 處 理 分 別 稱 為 自 然 時 效 與 人 工 時 效 。 按 時 效 程 度 的 不 同 ， 又 可 分 成 欠 時 效 、 峰 值 時 效 和 過 時 效 。 在 欠 時 效 狀 態(tài) 下 ， 過 飽 和 固 溶 體 中 產(chǎn) 生 了 溶 質(zhì) 原 子 的 富 集 ，使 合 金 的 硬 度 有 所 提 高 ； 在 峰 值 時 效 狀 態(tài) 下 ， 過 飽 和 固 溶 體 中 析 出 了 半 共 格 或 共 格 的 彌 散 強(qiáng) 化 相 ，此 時 合 金 的 硬 度 最 高 ； 在 過 時 效 狀 態(tài) 下 , 析 出 相 已 變 成 穩(wěn) 定 相 ， 并 不 斷 聚 集 長 大 ，此 時 ， 合 金 的 硬 度 下 降 ， 但 塑 性 則 有 所 回 復(fù) 。
       1. 鍛 造 鋁 合 金 的 金 相 檢 驗      鍛 造 鋁 合 金 為 鋁 -鎂 -硅 -銅 系 合 金 ， 是 由 鋁 -鎂 -硅 系 合 金 發(fā) 展 而 來 。 此 類 合 金 具 有 良 好 的 熱 塑 性 ， 可 采 用 鍛 造 工 藝 將 其 制 成 形 狀 較 為 復(fù) 雜 的 零 件 。代 表 性 的 合 金 牌 號 有 LD2, LD10 等 。 圖 9-4(a) 是 半 連 續(xù) 鑄 造 LD10合 金 的 金 相 組 織  。 圖 9-4( b)是 XC051 型 材 （ C S 態(tài) ） 的 金 相 組 織 。
                     
（ a） 半 連 續(xù) 鑄 造 狀 態(tài)    （ 600 X ）    未 侵 蝕                                      （ b） XC051 型 材 （C S 態(tài)）     （ 21O X ）              
 圖  9-4         LD10 合 金 的 金 相 組 織
       2. 硬 鋁 合 金 的 金 相 檢 驗     硬 鋁 是 鋁 -銅 -鎂 系 的 時 效 強(qiáng) 化 合 金 ， 一 般 還 加 有 少 量 的 錳 。 其 中 的 銅 與 鎂 為 主 要 合 金 元 素 ， 通 過 析 出 θ 相 和 S 相 ， 起 到 沉 淀 硬 化 作 用 。 常 用 的 硬 鋁 合 金 有 LY10, LY12 等 。
         
（ a） 半 連 續(xù) 鑄 造 狀 態(tài)    （ 320 X ）                                       （ b） 熱壓板材 （C Z 態(tài)）      （ 21O X ）              
 圖  9 - 5         LY12 合 金 的 金 相 組 織
由 于 共 晶 組 織 的 存 在 , LY12合 金 在 固 溶 處 理 時 應(yīng) 嚴(yán) 格 控 制 溫 度 ， 避 免 過 燒 。 為 提 高 硬 鋁 合 金 的 耐 腐 蝕 性 能 ， 一 般 采 用 軋 制 工 藝 包 覆 純 鋁 ， 因 而 在 熱 處 理 過 程 中 還 會 產(chǎn) 生 銅 擴(kuò) 散 。
過 燒 組 織 和 銅 擴(kuò) 散 深 度 是 硬 鋁 合 金 金 相 檢 驗 的 主 要 內(nèi) 容 。
         
（ a） 半 連 續(xù) 鑄 造 狀 態(tài)                                                             （ b） 熱壓板材 （C S 態(tài)）                  
 圖  9 - 6         LC4合 金 的 金 相 組 織     （210×）

       3. 超 硬 鋁 合 金 的 金 相 檢 驗       超 硬 鋁 合 金 是 在 硬 鋁 合 金 的 基 礎(chǔ) 上 添 加 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 4～8 ％ 的 鋅 而 得 到 ， 其 強(qiáng) 度 更 高 ， 但 耐 腐 蝕 性 能 較 差 。 常 見 的 合 金 牌 號 有 LC4、LC9。
半 連 續(xù) 鑄 造 態(tài) LC4合 金 的 典 型 金 相 組 織 見 圖 9-6(a) ； 熱 壓 板 材 (C S 態(tài) ) 的 組 織 見 圖 9-6( b) 。
       4 ．變 形 鋁 合 金 金 相 檢 驗 標(biāo) 準(zhǔn)       標(biāo) 準(zhǔn) GB/T3246.1-2000《 變 形 鋁 及 鋁 合 金 制 品 顯 微 組 織 檢 驗 方 法 》 主 要 用 于 變 形 鋁 及 鋁 合 金 材 料 、 制 品 的 顯 微 組 織 檢 驗 ， 包 括 鑄 錠 的 顯 微 組 織 檢 驗 、 加 工 制 品 淬 火 及 退 火 試 樣 檢 驗 、 高 溫 氧 化 、 包 覆 層 、 銅 擴(kuò) 散 和 晶 粒 度 檢 驗 。
     （ 1） 鑄 錠 的 顯 微 組 織 檢 驗       指 在 拋 光 態(tài) 觀 察 合 金 中 相 的 形 態(tài) 和 疏 松 、 夾 雜 物 等 缺 陷 ， 在 侵 蝕 試 樣 上 觀 察 枝 晶 結(jié) 構(gòu) 、 鑒 別 相 組 分 以 及 觀 察 淬 火 狀 態(tài) 的 過 燒 組 織 。
       加 工 制 品 淬 火 及 退 火 試 樣 的 檢 驗 通 常 在 200-500 倍 下 檢 查 晶 粒 狀 態(tài) 和 過 燒 組 織 。 在 該 標(biāo) 準(zhǔn) 中 分 別 給 出 了 鑄 錠 正 常 與 過 燒 組 織 、 鑄 軋 板 顯 微 組 織 、 加 工 制 品 淬 火 與 過 燒 組 織 的 顯 微 照 片 ， 可 供 檢 驗 時 對 照 比 較 。
      ( 2 ) 在 較 高 溫 度 處 理 鋁 合 金 材 料 時 ， 由 于 爐 內(nèi) 空 氣 濕 度 大 ， 熱 處 理 后 材 料 表 面 起 泡 或 靠 近 表 面 內(nèi) 層 沿 晶 界 出 現(xiàn) 氣 孔 ， 此 現(xiàn) 象 稱 為 高 溫 氧 化 ， 標(biāo) 準(zhǔn) 中 并 給 出 了 高 溫 氧 化 的 組 織 特 征 。
      ( 3 ) 在 合 金 板 材 的 表 面 ， 為 提 高 耐 腐 蝕 性 能 或 某 種 工 藝 的 需 要 ， 通 常 會 包 覆 一 層 鋁 或 合 金 。 在 檢 驗 包 覆 層 的 厚 度 時 ， 應(yīng) 采 用 板 材 的 橫 向 截 面 ， 用 夾 樣 或 鑲 嵌 法 進(jìn) 行 拋 光 ， 以 保 護(hù) 包 覆 層 不 被 磨 損 。 測 量 時 ， 應(yīng) 取 包 覆 層 厚 度 的 5～10點 厚 度 平 均 值 ， 再 除 以 板 材 的 總 厚 度 ， 得 到 包 覆 層 厚 度 百 分 數(shù) 。
      ( 4 )對 Al-Cu-Mg 系 合 金 包 鋁 板 材 ， 經(jīng) 高 溫 長 時 間 加 熱 處 理 ， 合 金 中 的 銅 原 子 會 沿 晶 界 擴(kuò) 散 到 包 鋁 層 ， 即 產(chǎn) 生 銅 擴(kuò) 散 現(xiàn) 象 。 銅 擴(kuò) 散 深 度 越 大 ， 抗 腐 蝕 性 能 降 低 越 嚴(yán) 重 。 銅 擴(kuò) 散 深 度 檢 查 試 樣 應(yīng) 采 用 電 解 拋 光 ， 觀 察 兩 面 包 鋁 層 中 銅 擴(kuò) 散 的 最 大 深 度 。
( 5 ) 在 鋁 和 鋁 合 金 中 ， 晶 粒 度 的 檢 查 通 常 是 指 基 體 (+ 鋁 固 溶 體 )的 晶 粒 尺 寸 ， 對 于 少 量 的 相 、 夾 雜 物 和 其 他 附 加 物 ，在 晶 粒 度 測 定 中 通 常 不 予 考 慮 。 鋁 合 金 晶 粒 度 的 檢 驗 方 法 和 其 他 金 屬 材 料 的 晶 粒 度 檢 驗 方 法 基 本 相 同 ， 其 晶 粒 度 的 評 級 可 按 照 標(biāo) 準(zhǔn) 中 的 圖 譜 比 較 確 定 。也 可 采 用 面 積 法 或 截 距 法 。
      ( 6 ) 除 上 述 標(biāo) 準(zhǔn) 外 ， 鋁 合 金 的 金 相 檢 驗 尚 可 參 照 有 色 金 屬 行 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) ： YS/T 417.1-4-1999《變 形 鋁 及 鋁 合 金 鑄 錠 及 其 加 工 產(chǎn) 品 缺 陷 》。 內(nèi) 容 包 括 第 1 部 分 變 形 鋁 及 鋁 合 金 鑄 錠 缺 陷 ( 規(guī) 定 了 主 要 缺 陷 的 定 義 、 特 征 ， 分 析 了 產(chǎn) 生 原 因 ， 并 附 有 部 分 相 應(yīng) 圖 片 ， 可 用 于 缺 陷 的 分 析 與 判 定 )；第 2 部 分 變 形 鋁 及 鋁 合 金 板 、帶 缺 陷 ；第 3 部 分 變 形 鋁 及 鋁 合 金 箔 缺 陷 ；第 4 部 分 變 形 鋁 及 鋁 合 金 鑄 軋 帶 缺 陷 。
       鋁 合 金 中 主 要 組 成 相 與 金 屬 間 化 合 物 相 的 種 類 較 多 ， 它 們 的 鑒 別 也 比 較 復(fù) 雜 ， 目 前 尚 無 相 關(guān)
的 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) ， 一 般 可 以 通 過 用 不 同 的 試 劑 侵 蝕 后 ， 觀 察 其 色 澤 的 變 化 予 以 鑒 別 。 其 結(jié) 果 的 正 確 性
已通 過 電 子 探 針 、 電 子 衍 射 等 方 法 所 證 實 。