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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5080%）。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7090%。近年来，随着发动机推动比的提高，高压压
2、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常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金一、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
3、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
4、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常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金（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，
5、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(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
6、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常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金方面：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
8、的ti、zr、b、v等合金元素，以增加合金液中al3ti、al3zr、alb2、tib2等高熔点化合物作为固溶体结晶核心，而使固溶体细化。在含硅较高的铝合金液中添加磷和金属钢或氟化钠、氯化钠等混合盐，增加硅的结晶核心，使共晶硅细化呈小颗粒状，消除粗大的针状和片状硅，从而提高了机械性能。在过共晶型铝硅合金中添加少量的磷或磷复合物，以形成alp化合物作为初生硅的晶核，使初晶硅细化至1080m之间的颗粒状硅晶体，消除粗大板状、块状和针状硅晶体，改善加工性能和机械性能，以获得高耐磨的铸铝合金。3.铸铝合金的组织及其形态根据合金中主要元素含量的不同，可分为五类铸造铝合金。合金成分不同，性
9、5常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金能各异，主要是由于组成相及其形态不同所致。1）铝硅系合金这类合金中一般含有513%硅，属于亚共晶和共晶型合金。它具有良好的铸造性能、气密性和抗蚀性等优点，是工业中应用最广泛的铸造合金。含硅量为1013%的简单al-si二元合金（zl102），具有良好的铸造性能，但在熔融状态下吸气倾向大，铸件易形成针孔，而且铝与硅不形成任何化合物，仅形成有限固溶体。它的金相组织是由粗大的针条状的共晶硅和块状初晶硅分布在(al)基体上（图2），由于硅的脆性大，机械性能和加工性能也很差，不能热处理强化，只能通过变质处理来细化
10、硅晶体改善性能，所以一般只能用于负荷不大的、形状复杂的仪表外壳的零件。若合金中杂质元素铁含量过高，会形成粗大的条片状铁相（图3），使铸件晶粒粗大，脆性增加。图2zl102合金(al)基体上分布着条片状共晶硅和块状初晶硅100图3zl102合金经naoh水溶液侵蚀后黑色铁相1006常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金为了进一步提高al-si合金的性能，通常在al-si合金中加入一些强化元素组成多元合金，使合金中形成mg2si、al2cu、s(al2cumg)、w(al4mg5cu4si4)等强化相，通过固溶沉淀来提高合金性能，根据加
11、入合金元素量就形成了各种合金系列的牌号。为了达到铸铝合金规定的基本性能，一般加入合金元素含量较高，因此，可以形成相的各类较多，有的与基体形成共晶体，有的形成化合物相，一般它们以固溶体类型的化合物或金属间化合物存在。合金中相的形态、大小和浇注工艺及铸件形状有密切关系。通常组成相的形态有它固有特征，并可通过化学试剂和光学特性加以鉴别。si相：在al-si系合金中常以三种形态出现。（1）初晶si，呈边界规则的多边形块状，一般以独立的形态存在。（2）未变质共晶si，呈针状或条片状。（3）变质后共晶si，呈短条状或粒状。侵蚀前呈暗灰色有闪光，侵蚀后闪光消失变暗灰色。在偏光下有微红反射
13、5si4)相：强化效果不明显，在抛光状态下为浅灰色，其形状有骨骼状和块状。经0.5%hf侵蚀后变为棕红色，用25%hno3侵蚀后为深褐色。al6cu3ni相：在组织中数量较少，在高温下较稳定，可提高合金高温性能。在抛光条件下，外形较圆滑，呈骨骼状结晶，颜色较亮，侵蚀时易显示相界。al3ni相：亦称相，常与(al)组成二元共晶，以棒、片状结晶出现，抛光态为明灰色，在0.5%hf水溶液侵蚀下发黑。al3ti相：在耐热铸铝合金中增加耐热性，细化晶粒，抛光态下呈棒状或长片状，不受0.5%hf水溶液侵蚀，性脆，不受热处理影响。图4颗粒状共晶si(变质)+(al)+块状多角形初晶mg2
14、si和分枝状共晶mg2si(黑色)，混合酸侵蚀100图5灰色共晶si+黑色针状铁相+白亮色al2cu相(黑色块状为显微缩孔)1008常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金al3fe相：含杂质fe较高时，易出现al3fe相（硬度960hv）。抛光态呈灰色粗针状为主，割裂基体，增加脆性，降低强度。适当加入一些锰元素，可改变铁相的组织形态，从而降低其危害性。(al9fe2si2)相：其形态为片状或宽针状，呈浅灰色，在偏光下有亮色外圈，用0.5%hf水溶液侵蚀后呈棕色。其硬度为578hv。(al12fe3si)相：初晶(al12fe3si)
15、相为不定形片状，但一般以共晶形式存在为骨骼状，未侵蚀时呈亮灰色，与(al)交界处有黑色外圈。用h2so4或naoh水溶液侵蚀变黑色，其硬度为330360hv。alfemnsi相：其形态以骨骼状或“汉字”状，随合金中fe含量增高而增多，用0.5%hf水溶液侵蚀后呈棕色或黑色，不受25%hno3水溶液侵蚀，因此可与w(alxcu4mg5si4)相加以区别。n(al7cu2fe)相：呈针片状，一般沿晶界分布，主要在al-cu合金中出现，al-si系中主要在zl110合金中出现，以提高耐热性，有时在zl107合金中也可能出现少量n(al7cu2fe)相。侵蚀前为亮灰色，用0.5%hf水
16、溶液侵蚀后呈棕色，用混合酸侵蚀后变为褐色，用高氯酸电抛光后呈褐色或黑色。al8femg3si6相：其形态呈骨骼状或枝叉状，不易侵蚀着色和显现相界，为灰白色，在偏光下发生明显的变色反应。9常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金表8铝合金中常见的主要相及其符号单元和二元化合物18(al)、(si)、(al2cu)、(mg2si)、zral3、val2、tib2、tial3、al7cr、al3fe、al3ni、al6mn、(al4ce)、(mg2al3)或(mg5al8)、(mgzn2)、al4ce等三元化合物19s(al2cumg)
17、、(alsife)、(al9si2fe2)、n(al2fesi3)、al3(cuni)2、al6cu3ni、al10mn2si、t(al2mg3zn3)、al8mn4ce、al8cuce、(mnfe)al6、(al12mnsi)、(al12fe3si)、alfesi、t(al6cumg4)、almnsi、al7cu2fe、al9feni、t(al12mn2cu）等四元化合物11w(alxmg5si4cu4)也有写成w(al4mg5si4cu4)、al8femg3si6、al12cu(mnfe)、al6(cufemn)、al12(crfe)3si、alfemnsi、alcrfe
18、si、alcufesi、t(alznmgcu)、alfesini、alcecusi等五元化合物2almgsifeni、alcenifesi共计5010常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金2）al-cu系合金al-cu系铸铝合金的主要强化相是al2cu,可通过热处理强化，具有高的强度和而热性，但铸造性能比al-si系差，气密性低，比重大，抗蚀性差。为改善性能，合金中加入一定量的si、mn等元素，形成al-cu-si、al-cu-mn等合金。为细化组织还加入少量的ti元素，另外，合金中还存在少量的有害杂质fe等元素。因此al-cu系合金在固态
19、下存在的主要相(al)、(al2cu)、(al9fe2si2)、al3ti、及杂质相n(al7cu2fe)相形态和al-si系相同外，还存在着以下两相：t(al12cumn2)相：它是高温强化相，初生相分布在晶界上呈片状或枝叉状，经0.5%hf侵蚀后呈棕黑色，淬火加热不溶解而留在枝晶间。溶于(al)中的cu、mn分解析出的t相呈弥散细小的黑色质点分布在基体中（图6）。al6(cufemn)相：呈不规则的灰白色片状和弯曲状沿晶分布，数量很少，固溶处理时不溶入(al)中。图6淬火后相溶入(al)中，t相在枝晶间界上，(al)中弥散析出t相质点20011常用有色金属
20、材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金3）al-mg系合金这类合金的主要优点是比重小，抗蚀性和加工性好，在造船、食品和化学工业等部门得到广泛应用。zl301是含mg10%左右的al-mg二元合金，在长期使用过程中，会沿晶析出(al8mg5)相，并不断聚集长大，使性能下降，出现应力腐蚀倾向，所以在zl301基础上添加少量的si、cr、mn、ti和微量be等元素来减轻高温氧化并细化晶粒，提高耐热性和抗蚀性。如果加入量过多，组织中会出现粗大的mnal6或cr2al7，增加合金脆性，mg2si相不能完全固溶于(al)中会降低机械性能。当zl301、zl302合金中存在
21、杂质fe时，会出现al3fe相，以(al)+al3fe、+(al8mg5)+al3fe、+(al8mg5)+mg2si+al3fe等共晶方式存在(图7)。所以在al-mg系合金中除(al)外，还有mg2si、(al8mg5)、al3fe、al3ti、和alfemnsi等相。(al8mg5)相是一种成分可变的化合物，有的称为al3mg2相，在抛光态呈浇灰色骨架状分布，量少时呈片状或针状。从(al)中析出的相为粒状。与(al)共晶时为鱼骨状，边缘较光滑，用25%hno3热蚀可溶解出现黑色空洞，在0.5%hf水溶液作用下有轻微腐蚀，使轮廓清晰。图7白色不定形晶界显示的为(al
22、8mg5)黑色片状或枝叉状是mg2si灰色片状或密集点状物是al3fe0.5%hf侵蚀20012常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金4）al-zn系合金工业上应用较广的主要是al-zn-si和al-zn-mg合金，其优点是zn完全固溶在(al)基体内，铸造冷却过程中不发生分解，可获得固溶强化效果，在铸造冷却后具有淬火效应，通过人工或自然时效后即可获得高的机械性能。由于zn在铝中有很高的溶解度，所以合金中不出现zn的化合物，而mg较高时，除部分溶入(al)外，还可能形成mg2si相，合金中存在杂质fe时，可形成(al9fe2si
23、2)或al8femg3si6相，所以铸态下的al-zn-si合金中主要组成相有(al)、si、mg2si、(al9fe2si2)等相（图8）。当al-zn-mg合金中添加少量的cr和ti时，可形成al7cr相和al7ti相，fe和si是al-zn-mg合金中的主要杂质，可形成(al12fe3si)相，而cr可渗入相中取代部分fe而成为al12(crfe)3si相。所以zl402合金在铸态下还有al7cr、al7ti、al12(crfe)3si等相，其形态al7cr相呈浅灰色大块组成物，经0.5%hf侵蚀后稍呈灰色。而al12(crfe)3si相呈浅灰色骨骼状，当合金中杂质含量高
25、常发生局部堆集。还有较高ce和cu及少量si、fe、ni的化合物(alcecunifesi)，呈细小弯曲针状和片状分布于合金内（图9）。还可能存在含有cu和ce的细小分散呈点状的alfemnsi相和细小白色块状的al3zr化合物。4.铸造铝合金热处理后的组织变化为了消除偏析，改善组织，稳定尺寸，进一步提高机械性能，增加耐蚀性，可根据合金牌号和要求采取不同形式的热处理来达到（图10），其中淬火固溶处理是提高机械性能的主要手段。铸造铝合金在热处理加热保温过程中，一些可固溶强化相（如al2cu、mg2si等）溶入(al)中，淬火后使原来铸造组织中一图9(al)基体上
27、明显。如al-si和al-si-mg系合金中的si相，在淬火加热后明显变粗和球化（图11）。由于不溶相的球化，使合金塑性增加。在al-si-mg合金中的mg2si和al-cu-mg合金中的t相也有聚集和球化现象，但不如si相明显，对于扩散系数小而稳定的al3ti、al3zr、(al12fe3si)、(al9fe2si2)和n(al7cu2fe)等不溶相，淬火后和铸态相似。为了加速强化相的固溶和不溶相的球化和来改善和提高机械性能，淬火加热温度应尽可能提高，但过高会促使si的强烈聚集粗化和固溶体晶粒的长大，甚至出现低熔点共晶体的熔化，形成复熔球和晶界熔化，使机械性能恶化。图1
28、1zl104经淬火加热共晶硅发生聚集和球化，强化相溶入(al)中20015常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金（三）变形铝合金变形铝合金所含合金元素总量（1.615.3%）比铸铝合金元素总量（521.3%）低，离合金共晶成分较远。所以有良好的塑性，能承受冷热加工变形，适用制造各种型材和构件。变形铝合金根据用途可分为防锈铝合金（lf系）、硬铝（ly系）、锻铝（ld系）、超硬铝（lc系）和特殊铝合金（lt）等五类，除防锈铝合金外，其余都可通过热处理强化来改善和充分发挥材料性能，是航空工业的主要结构材料（约占6090%），在民用工业上也得到了
29、广泛应用。1.变形铝合金的组织特点1）组织呈明显的方向性合金经热态压延、挤压、锻造或冷态拉伸、冷拔和冷轧等加工后，使铸态晶粒、枝晶网状化合物、粗大的强化相和杂质相被破碎，沿变形方向延伸成条状排列，具有明显的方向性，而且变形越大，化合物破碎越严重，晶粒伸长越厉害，呈现出断续的条状化合物和纤维组织，失去了原有铸态的特定形态，因而增加了相鉴定的困难。（1）热变形终了温度的影响热变形终了温度处于再结晶温度区间或再结晶温度以下，组织中往往处于不完全再结晶状态，则晶粒成扁平和纤维状，基体上会分布着大量弥散析出的强化相和杂质相。若完全未再结晶，则出现变形方向的纤维组织和破碎的质点化合物
30、。（2）变形不均匀对组织的影响变形不均匀导致组织的不均匀，变形大的部位枝晶网和粗大化合物被破碎，而变形小的区域仍残留着铸态组织。所以粗大棒材中心往往保持较多的杂质相和残留铸态组织（图12）。16常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金2）热处理后组织特征经挤压后由于强化相的破碎和细化，所以淬火固溶比铸态充分，在固溶态下组织中只有不溶杂质相存在。变形不充分合金中残存铸态组织时，固溶处理后除不溶杂质相外，还可能存在少数呈椭圆形的强化相。在退火状态下，析出弥散状的强化相呈质点状和杂质相均匀分布在(al)基体上。总述，变形后的半成品热处理的显微组织
31、是由两个过程构成，即原始组织的逐渐改变和由变形引起新的显微组织成分的建立，这两个过程叠加而成。第一个过程是改变晶粒和化合物的大小，第二个过程是形成新的晶界。变形越大，形成新晶界的过程越强烈，则原始组织遗留因素的影响程度越小，这就是形成变形铝合金的固有特点。图12ly12（150mm）中心杂质相和al2cu相成堆集状、枝叉分布，未充分破碎17常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金2.变形铝合金的组织与形态1）防锈铝合金（lf）（1）al-mn系3a21(lf21)组成相除(al)外，主要由mnal6和(femn)al6及少量的(al12f
32、e3si2)、t(al12mn3si2)等不溶杂质相组成，经挤压后，基体(al)晶粒伸长呈纤维状，杂质相破碎成质点状沿变形方向分布。经退火后纤维状消失，mnal6呈弥散均匀分布在基体上，杂质相方向性减少，晶粒得到恢复，但仍保持方向性伸长。al-mn系合金制品容易出现粗晶，因为当连续铸造时结晶速度快，枝晶内形成严重的mn偏析，在热轧前加热到400500并不能消除，热轧后的组织仍不均匀，加上挤压引起的变形不均匀，这就扩大了合金的再结晶开始和结束的温度范围，造成晶核少的区域内在再结晶过程中优先长大形成粗晶。若将铸锭加热到600以上进行均匀化处理，有助于消除出现粗晶的根源。（2）al
33、-mg系合金5a02、5a03、5a06、5b05(lf1、lf2、lf3、lf6、lf7、lf10、lf11)al-mg系合金比重小，抗拉强度比al-mn系高。主要组成相除(al)外，有(al3mg2)、mnal6、al7cr、tial3和杂质相feal3，(femn)al6和mg2si等相，经热变形后相被破碎，失去了原有形态，沿变形方向成行排列，从(al)中析出大量的(al3mg2)等相的质点分布在基体上。2）硬铝（ly）2a012a20硬铝基本上是al-cu-mg合金，还含有少量的mn，加入cu和mg是为了形成相及s相起主要的沉淀硬化作用。而mn主要是为了改善合金的
34、抗蚀性，也有一定的固溶强化作用，但mn的析出倾向小，故不参与时效过程。18常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金根据al-cu-mg系平衡结晶终了相图铝角部分（图13）将包含+s、+t+s、+t+三个区域和四个两相区与(al)单相区，由于实际含mg量较低，t相和相在均匀平衡态不会出现，而合金中的主要组成相取决于cu/mg之比值（表1）。合金中还存在杂质元素组成不溶杂质相。表1cu、mg之比对组成主要相的影响合金牌号ly1ly2ly6ly10ly11ly12cu/mg7.41.32218.77.22.9主要强化相(s)ss(s)s()
35、经热变形退火后，化合物保持方向性排列，在(al)基体上析出大量的s及等强化相质点和不溶杂质相。淬火加热时强化相固溶于(al)中，经淬火后获得过饱和固溶体和不溶杂质相，人工时效除含有mn的t(cumn2al12)相从(al)中析出呈点状弥散分布在基体上外，光学显微镜下无变化。3）超硬铝（lc）7a037a52（lc35、lc912、lc15、lc19）合金中主要含有较高的锌，有异常的沉淀硬化作用，使强度、断裂韧性优于硬图13al-cu-mg三元相图al角部位19常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金铝。该合金的最大特点是它有s(al2cumg
36、)、t(alznmg)和mg2si三种强化相，在淬火温度（475）下有很大的溶解度，随温度的下降溶解度强烈地减小，所以可有效地提高合金强度。在退火状态下的组成相除(al)外，有(mgzn2)、t(alznmg)、s(al2cumg)、mnal6、cral7和杂质相mg2si、almnfesi、(femn)al6等淬火后晶界显示清晰，在(al)基体上除少量残存s相和t相外，主要存在着仍保持方向性的难溶杂质相。4）锻造铝合金（ld）6a02(ld2)、6b02(ld2-1)、6070(ld2-2)、2a50(ld5)、2a70(ld7)、2a80(ld8)、2a90(ld9)、2
37、a14(ld10)锻造铝合金含有cu、mg、si、fe、ni等元素，成分较复杂，组成相也较多，主要有mg2si、w(al4cumg5si4)、al2cu、s(al2cumg)、tial3、al9feni、alcuni等相，还存在着各种不溶杂质相。经固溶处理后，再结晶颗粒仍沿压延方向伸长，强化相消失，破碎难溶的al9feni相汪深色棱角状，而alcuni相呈浅色圆形和其他不规则的不溶杂质相弥散分布在(al)基体上。粗型材中心和变形量较小的部位，尚可存在残留铸态组织，甚至仍可看到再结晶组织外的亚晶粒，使锻造时易产生开裂。（四）常见的组织缺陷1.低倍缺陷1）试样制备（1）切取部位
38、在具有代表性的部位或容易产生缺陷处。铸件一般应取自凝固较慢的厚大部位，挤压件在切尾后沿发问横向切取。（2）切取方法一般采用锯切或铣割。变形铝合金采用锯切或剪切时，为防止淬火对切口附近影响粗晶组织的正确显示，应该增加切取试样的厚度，淬火后再车削或铣削去10mm左右。20常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金（3）加工方法切削加工量要小，防止大切削量引起表层金属的严重变形，导致组织假象和针孔堵塞。（4）粗糙度的要求表面粗糙度要低，一般经粗刨，再小进刀量精刨，然后用200#和240#砂纸磨光。也可用刃口具有一定弧度的锋利刀具精车，以保证而把平
41、在金属内部析出形成的细小孔洞，一般分布在铝液凝固缓慢处上部、形状呈圆形和椭圆形针孔，也有成网状分布的针孔，形成所谓苍蝇脚和多角形，轮廓清晰，内壁光滑，互不连通，容易和疏松区别。在断口上为白色圆形凹坑或片状白斑。针孔严重时使强度和塑性下降，承受液压或气压的零件会产生渗液和漏气。gb1085189将针孔度分为五级，一般不超过三级。但对有气密性要求的铸件，要从严控制。（2）疏松它属于铝液冷却凝固的结晶过程中缺陷。一般产生在铸件晶粒度粗大，组织不致密的厚大热节部位，呈不均匀分布，其形状不规则，经淬火处理后，疏松孔洞的边缘变钝。疏松割裂晶粒间的，危害较大，gb350883内燃机铸造活
42、塞金相检验标准中，把针孔和疏松统称为孔洞，分为分散性和集中性两类评级对照图。目前尚无通用的统一评级标准，应根据零件使用要求在相应的文件中规定。（3）缩孔在金属液凝固过程中收缩得不到充分补缩时，在铸件最后凝固部位形成管状或枝叉状孔洞。其形状不规则，呈封闭或敞露于表面的孔洞，孔壁粗糙带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固的热节部位。al-si系共晶型合金易形成管状集中缩孔，有时因有共晶成分的液体填充缩孔的结果，会出现粗大的共晶偏析区或偏析层。（4）裂纹a.铸造裂纹一般可分为两种：合金在凝固范围内结晶和收缩过程中所形成的22常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验
43、铝合金铝合金裂纹，称为“热裂纹”；在合金完全凝固后的低温下，具有弹性时所形成的裂纹称为“冷裂纹”。铸造裂纹有透裂和不透裂两种形态。透裂外观呈直线或不规则的曲线。多发生在铸件内尖角处、厚薄断面交接处和浇冒口与铸件连接的热节区等部位。热裂断面被氧化呈褐色或暗黑色，无金属光泽，断面可见相互分开的晶体。显微观察时热裂纹沿晶和枝晶网状发展，裂纹区可能有共晶偏析产生（图15）。冷裂纹一般较细小，断口表面清洁或仅有轻微的氧化色，显微观察时裂纹呈穿晶和沿晶或穿过枝晶网的混合型。b.淬火裂纹由于加热或冷速太快，零件壁厚差大引起温差应力导致裂纹，或由疏松和显微裂纹扩大至宏观裂纹
44、，则在高倍下可见裂纹与疏松相联系。热处理温度过高引起组织过烧，使晶粒间结合强度降低，在淬火激冷过程中引起开裂，则表面呈暗灰色或起泡，甚至出现“汗珠”现象（图16），显微观察裂纹沿晶界或枝晶分布，严重时形成网状与复熔相并存，组织粗大，断口呈黄色或黑色。图15热裂纹的前端共晶体较多100图16zl301加热温度过高引起表面“汗珠”，组织过烧1123常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金（5）夹杂（渣）铸造铝合金中的非金属夹杂夹杂（渣）是常见的缺陷之一，主要是由于高温液体金属表面氧化成氧化膜遭到破裂形成碎片，或造型材料等不易上浮入
45、渣和熔剂夹渣所引起（图17），其中以氧化夹杂最为普遍。在含mg铝合金中是以氧化铝和氧化镁的混合物存在。有氧化夹杂的断口呈暗褐色或灰色和金黄色等斑状。3）变形铝合金低倍缺陷（gb/t3246.22000变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法）（1）粗晶环粗晶为变形铝合金制品及各种型材表层经常出现的组织缺陷，由于粗晶常出现在棒材外圆，故称“粗晶环”。形成原因，一般认为与挤压过程引起金属强烈变形带有关。挤压强烈变形区处于再结晶不完善状态，当淬火或退火加热和保温过程产生的少量再结晶核心吞并已再结晶的小晶粒，并迅速长大，结果造成表层粗晶和内层细晶的两个组织区域（图18）。
47、色点状和不规则状存在（图19），分布无规律，易和化合物、疏松混淆，可借助抛光高倍检查确定。b.氧化膜夹杂主要是在熔炼和转注过程中金属液发生湍流、翻滚、飞溅等引起金属氧化，以及粘在工具上的氧化膜落入铸锭内所造成。氧化膜与夹杂物不同，一般不经变形很难看到，而且随变形量增加，氧化膜出现机率愈大，直到变形量为80%以上才缓和出现，所以氧化膜往往都集中在变形量最大部位，这是和夹杂物的主要区别。经碱溶液侵蚀后，氧化膜呈短线状的黑色裂缝，一般长度不超过10mm，宽约0.10.2mm左右。氧化膜易使挤压和模锻件发生局部分层，降低材质机械性能。（3）缩尾挤压过程中的速度、方式、润滑条件、
48、模孔排列等因素使变形件内外层金属流动不均匀，中心层金属流动超前于周边层所致。一般出现在挤压末端中心，形成漏斗状或不连续状。也有位于周边附近或呈年轮状线条，成为缩尾痕迹，图19ly12(50mm)非金属夹杂25常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金并未破坏金属连续性，可不作报废处理。（4）分层这是存在型材内部的线状开裂。由于板材切尾不够，或因铸件内存在夹渣、气泡等缺陷在加工时被压延而成。它破坏了金属连续性，是不允许存在的缺陷。挤压件有时表面层与内层金属分离，使横向试样边缘处呈圆弧状、环状裂纹或；黑色线条状缺陷，也称为“成层”。成层常存在于粗
50、ld10(al)+mg2si+cual2495505510ly6(al)+s(al2cumg)503507518ly11(al)+s(al2cumg)495505518(al)+mg2si+(cual2)517ly12(al)+cual2+s(al2cumg)490504507(al)+cual2+s(al2cumg)+mg2si500ly16(al)+al20cu2mn2+cual2530540545ly7(al)+al20cu2mn2+cual2520530545lc4(al)+t(al2mg2zn)46547549031常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的
52、泡、金属疤和裂纹等。但不是所有起泡都是过烧引起，合金表面和包铝层结合不良或有成层缺陷时，在加热过程中也可能引起鼓泡，但往往出现有规律的排列。图25是ly12板材中混入lc4合金，热处理后都出现鼓泡，而ly12并未发现组织过烧，而是包铝层和基体结合不好而引起。微观发生过烧时，化合物大量固溶，仅有难溶相存在，或偶有残留少量的尚未完全固溶的化合物，晶粒粗化，晶界平直出现共晶复熔小球。随温度的升高，32常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金过烧复熔球增多长大，晶界局部地区低熔点共晶体熔化侵蚀固溶体，使晶界加粗。过烧严重时，出现三角晶界（图26
53、）。这是变形铝合金过烧组织的三大特征。加热温度过高引起过烧，在淬火时容易产生变形和沿晶开裂（图27）。合金成分不同，过烧特征不同，如ly12、ld10等合金过烧时首先出现复熔球，而ld7、ld8耐热铝合金发生过烧时，容易出现晶界的局部复熔加粗和相界面的复熔（难熔相界面出现不均匀的复熔加粗也是过烧特征之一）。复熔共晶体在高倍下可看到内部的复杂结构。在生产检验中发现上述特征这一，即为过烧。图26ld10严重过烧组织400图27过烧引起沿晶开裂33常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金b.过烧对性能的影响热加工过程中出现过烧会降低机械性能。但轻
54、微过烧，仅在晶内出现较少的复熔球，相当于点缺陷，对静强度和塑性影响不敏感。相反，由于加热温度的提高，促使强化相溶解更加充分，固溶体内合金化程度比较高(表4),从而使淬火、时效后的性能提高，比轻微过烧引起抗拉强度降低的作用更大，只有当过烧较重时才能引起静力强度和塑性的下降（图28）。表4合金元素在(al)中的熔解度过烧对腐蚀性能影响较大，尤其是晶间腐蚀随过烧程度的加重而加速，抗拉强度和延伸率损失也越大。所以对过烧组织必须严格控制。航标hb520182中将淬火后的组织分为正常组织、过烧组织和严重过烧组织三类。除ly12合金薄材淬火后组织中仅有共晶复熔球可不作报废依据外，其余合金
55、在一般情况下，凡具有过烧特征的零件或制品均应报废。但检查时制备样品必须细致认真，在放大400500倍观察复熔组织结构和形态特征，避免和假相混淆。温度（）(al)中的熔解度（%）cumg3000.40.134001.90.74502.41.105003.81.655804.051.75图28ld8锻件(活塞)淬火温度对机械性能的影响34常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金（2）铜元素等扩散至包铝层带有包铝层的铝合金，含有铜等合金元素时，经多次退火、淬火后，合金元素特别是铜原子会在高温下沿晶界向包铝层扩散。严重时，在包铝层表面
57、铸造铝合金牌号与代号对照表合金牌号代号合金牌号代号合金牌号代号zalsi7mgzl101zalsi5cu6mgzl110zalcu5mncdazl204azalsi7mgazl101azalsi9cu2mgzl111zalcu5mncdvazl205azalsi12zl102zalsi7mg1azl114azalre5cu3si2zl207zalsi9mgzl104zalsi5zn1mgzl115zalmg5si1zl303zalsi5cu1mgzl105zalsi8mgbezl116zalmg10zl301zalsi5cu1mgzl106zalcu5m
58、nzl201zalmg8zn1zl305zalsi7cu4zl107zalcu5mnazl201azalzn11si7zl401zalsi12cu1mg1zl108zalcu4zl203zalzn6mgzl402zalsi12cu1mg1nizl109zalcu10zl20236常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金表6铸造铝合金的铸造方法、变质和状态代号合金状态铸造方法和变质处理代号状态代号状态f铸态s砂型铸造t1人工时效j金属型铸造t2退火r熔模铸造t4固溶处理加自然时效k壳型铸造t5固溶处理加不完全人工时
59、效y压力铸造t6固溶处理加完全人工时效b变质处理t7固溶处理加稳定化处理t8固溶处理加软化处理37常用有色金属材料的组织与检验常用有色金属材料的组织与检验铝合金铝合金变形铝合金牌号的表示方法采用四位数字符号，第1、3、4为阿拉伯数字，第2位为数字或英文大写字母。第一位数字表示铝合金组别，如2表示al-cu系，3表示al-mn系，4表示al-si系，5表示al-mg系，6表示al-mg-si系，7表示al-zn系，8表示al-其他元素的铝合金。表7部分变形铝及铝合金新旧牌号对照表（gb/t31901996）新牌号旧牌号新牌号旧牌号新牌号旧牌号新牌号旧牌号新牌号旧牌号
60、1070a代l15056lf5-12b12ly96070ld2-27a09lc91060代l25a06lf62a10ly102a50ld57a10lc101050a代l35b05lf102a11ly112a70ld77003lc121030l4-15a12lf122a12ly122a80ld87a15lc151035代l45a13lf132a13ly132a90ld97a19lc191200代l55a30lf162a16ly162a14ld107a31183-11100代l5-13a21lf212b16ly16-12a11ld117a33lb7338a06l62a01ly12a1