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摘 要： 這篇鋁合金論文發表了鋁合金殼體鑄件線性缺陷，論文通過選取具有典型線性缺陷特征的鑄件，對其表面的線性缺陷及斷口進行了宏微觀觀察和掃描電鏡觀察，確定了線性缺陷的性質，并對線性缺陷及氧化夾雜物產生的原因進行了分析，最后提出了預防措施。
這篇鋁合金論文發表了鋁合金殼體鑄件線性缺陷，論文通過選取具有典型線性缺陷特征的鑄件，對其表面的線性缺陷及斷口進行了宏微觀觀察和掃描電鏡觀察，確定了線性缺陷的性質，并對線性缺陷及氧化夾雜物產生的原因進行了分析，最后提出了預防措施。
關鍵詞：鋁合金論文,殼體鑄件,線性缺陷,氧化夾雜物
某航空發動機用鋁合金殼體鑄件要求鑄件組織致密，鑄件性能、內部品質和表面品質要求高，其結構特點為：外形尺寸為準200mm×180mm，分為內外3層，外層最小壁厚為2.6mm，并分布著多個20～25mm厚的凸臺，內層壁厚為5mm，內外層之間是間隙為5.6mm，由30個葉片相連的葉片型腔。結構見圖1。生產過程中，某些鑄件經X射線、熒光檢驗合格，加工后熒光檢驗發現葉片根部存在線性缺陷。
1試驗方法
選取具有典型線性缺陷特征的鑄件，重新進行熒光檢測，然后用體視顯微鏡進行觀察，對有缺陷處，用合理的方法人為打斷，斷口清洗后放入掃描電鏡進行觀察。對斷口進行分析，斷口的不同區域分別進行能譜成分分析，定性分析其化學成分。
2試驗結果及分析
2.1宏觀觀察
選取熒光檢驗發現在葉背一側的葉根處有線性缺陷的殼體鑄件(見圖2)，用體視顯微鏡對其線性缺陷表面進行觀察，葉片根部的缺陷宏觀形貌見圖3，宏觀上，葉片的缺陷較平直。
2.2微觀觀察
將葉片葉根處的缺陷用合理方法人為打開，斷口清洗后放入掃描電鏡進行觀察。葉片斷口低倍形貌見圖4，明顯分成3個區域。區域1靠近葉根表面的線性缺陷，表面呈類似褶皺的形貌，無斷裂特征，其形貌見圖5。區域2位于葉片內部，與區域1局部相連，形貌見圖6，該區表面特征與區域1基本相同，也呈類似褶皺的形貌。背散射電子像見圖7，褶皺呈菊花狀，“花芯”位置可見顆粒狀夾雜物。區域3表面為韌窩斷裂特征，見圖8，該區為人為打斷斷口。對上述3個區域分別進行能譜成分分析，結果見表1。由表1可知，區域1、區域2成分類似，類似褶皺表面的氧含量、鎂含量較高，“花芯”位置的顆粒狀夾雜物氧含量更高。區域3為人為打斷斷口，氧含量低。
2.3缺陷形成的判定
殼體的宏觀觀察結果表明，少數葉片葉根處存在線性缺陷。缺陷表面均呈類似褶皺的形貌，未見明顯的斷裂特征，表明葉片根部的線性缺陷并非裂紋，而是一種內部微小氧化膜受外力作用后，在葉片表面的顯現。MgO等氧化物，這些氧化物是隨中間合金、回爐料、鑄造輔料帶入鋁熔體中或在熔煉過程形成的[2]。由于鋁與氧的親和力大，鑄造鋁合金熔煉是在金屬熔融狀態的高溫下進行的，除真空熔煉外，均與大氣接觸，必然被氧化，形成Al2O3。
一般來說，金屬液體表面被氧化后會形成致密的氧化膜，連續地覆蓋在鋁熔體表面，起保護作用，防止鋁液被繼續氧化。但是，在鋁合金熔煉過程中，要加入合金元素，并且使合金元素充分、均勻地溶解，因此，在加入中間合金后，必須進行攪拌，如果操作不當，表面氧化膜很容易被攪入鋁液中去，澆注時會進入鑄件。鑄造鋁合金中還有其他的合金元素，也會被氧化。如果在合金表面上具有含其他合金元素的氧化膜，要看其氧化膜的分子體積比與鋁的原子體積的比，氧化膜的分子體積大于鋁的原子體積，膜致密，有保護作用。
相反，則保護作用減少，有可能進一步被氧化[1]。由于這種殼體鑄件屬于薄壁鑄件，葉尖厚度僅有0.5mm，葉片為復雜的曲面結構，這種結構復雜且壁薄的鑄件型腔流阻都較大[3]，如果鋁液充型速度小，則難以成形，如果鋁液充型速度過大，則液體會呈紊流狀態，充型時易被氧化，形成氧化膜卷入鑄件中，會停留在鑄件截面積變化較大的葉片根部。或位于基體內部，其表面呈現一種類似褶皺的形貌特征。而且，能譜成分分析結果表明，線性缺陷表面氧含量較高，且存在顆粒狀氧化物，因此，分析認為葉片根部的線性缺陷為氧化膜，該氧化膜產生于熔煉、澆注以及凝固過程。
2.4氧化物形成的原因
由表1可知，區域1、區域2以及夾雜物中，氧含量及鎂含量較高，因此,存在氧化物，而且氧化物有可能是Al2O3以及其他元素的氧化物，一般在鑄造鋁合金中，還有可能存在諸如MgO、SiO2、Al2O3•2.5預防措施為了預防這種線性缺陷的產生，提高殼體鑄件合格率，可采取以下措施。(1)確保中間合金、重熔鋁錠的純度，保證爐料以及鑄造輔料潔凈度，減少回爐料的用量。(2)熔煉攪拌時，盡量不破壞液面氧化膜，充分精煉，使得鋁熔體本身得以充分凈化。(3)鑄件澆注時，要防止液面紊流使金屬液翻騰氧化，要使液流盡量平穩。
3結論
(1)鑄件內部氧化膜受外力作用后在鑄件表面的顯現，形成了殼體鑄件葉片根部的線性缺陷。(2)可通過采用高純的金屬爐料、高潔凈度的鑄造輔料、合理的熔煉、合理的澆注工藝等措施預防這種線性缺陷。
參考文獻:
[1]中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊第二版第3卷，鑄造非鐵合金[M].北京：機械工業出版社，2002.
[2]中國材料工程大典編委會.中國材料工程大典第四卷，有色金屬材料工程(上)[M].北京：化學工業出版社，2006.
[3]洪潤洲，周永江，姚惟斌.大尺寸復雜筒狀鋁合金精鑄件澆注系統設計方法研究[J].航空材料學報，2006(4)：43-45.
作者：于海軍 左強 周永江 單位：北京航空材料研究院 北京市先進鋁合金材料及應用工程技術研究中心
推薦閱讀：《江西冶金》(雙月刊)創刊于1981年，由江西省冶金集團公司、江西省金屬學會主辦。是江西省唯一面向國內外公開發行的冶金行業科技期刊。