ZL205A铝合金铸件显微疏松研究_刘志伟

182013，Vol.41，№7收稿日期:2012－10－30第一作者简介:刘志伟(1981－)，女，山东济宁人，工程师。ZL205A铝合金铸件显微疏松研究刘志伟，李怡，王宁(北京天顺长城液压科技有限公司，北京100083)摘要:以生产过程中发现的铝-铜系ZL205A铝合金铸件的显微疏松为研究对象，研究了显微疏松试样X射线探伤、荧光检验、力学性能、断口及金相组织。结果明，显微疏松在X光射线底片呈现不规则形小黑点;显微疏松对试样抗拉强度影响较小，对试样屈服强度和伸长率影响较大，其均值分别为434．8N/mm2、368．8N/mm2和5．2%;显微疏松试样断口分布大量不规则孔洞，其余为韧窝和沿晶断裂。关键词:ZL205A铝合金;铸造;显微疏松中图分类号:TG292文献标识码:A文章编号:1007－7235(2013)07－0018－03Researchonmicro-porosityofZL205AaluminumalloycastingLIUZhi-wei，LIYi，WANGNi(BeijingTsunGreat-wallHydraulicR＆DCo．Ltd．，Beijing100083，China)Abstract:Themicro-porosityofZL205Aaluminum-cooperalloycastinghasbeenfoundduringproductionprocess，andsomesampleshavebeentakenfromthecastings．Themicro-porosity，X-rayflawdetection，fluorescenceinspection，tensiletesting，fracturesurfaceandmetallographictestofthesampleshavebeeninvestigated．Theresultsshowthatmicro-porosi-tyinX-rayphotofilmshowsasirregularsmallmaculae;themicro-porosityeffectsontensilestrengthalittle;buteffectsonyieldstrengthandelongationmuchmore;thetensilestrength，yieldstrengthandelongationofsampleswithmicro-porosityare434．8N/mm2，368．8N/mm2and5．2%separately;lotsofirregularholesaredistributedatthefracturesurface，theothersaredimplesandinter-crystallinefracture．Keywords:ZL205Aaluminumalloy;casting;micro-porosity铸件内部的显微疏松是影响铝铸件可靠性的主要因素，它降低铸件的力学性能、气密性和物理化学性能，同时对冲击韧性和伸长率影响很大［1－2］。研究表明，显微疏松主要由显微缩松和显微气孔两种缺陷组成，而氢是导致显微疏松的主要原因，夹杂作为气孔的形核基底促进了显微疏松的形成。因此，浇注前对熔体进行充分除气，并进行净化处理，是减小或消除显微疏松的主要措施［3］。ZL205A属铝-铜-锰系高强度铸造铝合金，采用高纯原材料，添加钛、镉、锆、钒和硼等元素熔铸而成，并施以严格的热处理工艺。它是目前抗拉强度最高的铸造铝合金之一［4－5］。由于ZL205A铝合金固、液相线温差较大，合金凝固速率慢，铸造特性较差等因素，因此在铸件中，尤其是大型厚壁铸件中，不可避免地存在疏松。随着近几年高强度ZL205A铝合金铸件在航空航天受力结构件中的广泛应用，要想真实反映加工后铸件产品的力学性能指标，减少产品设计部门的设计风险，需要从实际出发，研究显微疏松的形态，以及它与铸件本体力学性能间的关系。DOI:10.13979/j.1007-7235.2013.07.001192013，Vol.41，№71试验以工业性生产中发现存在显微疏松缺陷的ZL205A铝合金铸件(T5状态)为研究对象。铸件先用AA400底片和型号为LPX160的X光射线探伤机进行观察，切取铸件缺陷部位加工成试样，对试样表面进行荧光检验，试样进行力学性能测试，并选取部分典型拉断试样进行断口、组织观察。选用型号为Instron1196拉伸机测试力学性能，用FEIQuanta600型电子扫描显微镜对试样断口形貌和金相组织进行观察。图1为铸件本体芯部加工后的照片，图2为试验用拉伸试样。图1铸件芯部加工后的照片Fig．1Pictureofsamplecuttingatingotcenter图2拉伸试样Fig．2Samplefortensiletesting2试验结果及分析2．1X射线探伤拉伸试样的X光射线探伤照片见图3。其中，图3a为无缺陷试样的照片，图3b为有显微疏松的试样的照片。可以看出，与无缺陷试样不相同，有显微疏松的试样在X光射线底片呈现密集的小黑点。疏松的形状与针孔在X光射线底片所呈现的存在一定差别，针孔在底片上呈现圆形小黑点，圆形小黑点周边较光滑;而显微疏松在底片上呈现不规则形小黑点，在小黑点周边分布有毛刺，图3b所呈现的密集小黑点即为显微疏松。图3试样X光射线探伤照片Fig．3PictureofsamplebeingXrayflawdetected2．2荧光检验显微疏松试样经荧光检验的照片示于图4。可以看出，在荧光显现下呈现密集星光亮点，亮点直径在0．3mm～1．5mm之间。图4试样荧光检验照片Fig．4Fluorescentdetectionpictureofsamples2．3力学性能有显微疏松的试样和无缺陷的试样其拉伸性能测试结果如下(各为6个试样的平均值):显微疏松试样的抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp0．2)和伸长率(A)值分别为434．8N/mm2、368．8N/mm2和5．2%;无缺陷试样的抗拉强度、屈服强度和伸长率均值分别为435N/mm2、327．1N/mm2和7．5%。二者相比202013，Vol.41，№7较，抗拉强度值相近，而屈服强度值前者大于后者41．7N/mm2，伸长率值前者仅为后者的70%。但总体而言，二者的力学性能均满足技术指标(抗拉强度360N/mm2、屈服强度280N/mm2和伸长率5%)的要求。由此可见，显微疏松缺陷对试样抗拉强度影响较小，而对试样屈服强度和伸长率影响较大。2．4组织观察对显微疏松试样断口进行观察，图5a为试样断口低倍形貌照片，图5b为试样断口高倍形貌照片。由照片可观察到，断口上存在着大量的不规则孔洞，其余为韧窝和沿晶断裂特征。将显微疏松断口磨抛成金相试样进行观察，图6a为低倍金相照片，图6b为高倍金相形貌照片。可以看出，金相试样表面分图5显微疏松试样断口照片Fig．5Fracturesurfaceofmicro-porositysamples布着形状不规则的孔洞，这与X光射线底片所反映的不规则形小黑点一致。图6显微疏松试样金相照片Fig．6Metallographicpictureofmicro－porositysamples3结论(1)ZL205A铝合金铸件上的显微疏松在X光射线底片上呈现不规则形小黑点;(2)在铸件上取试样测试力学性能的结果表明，显微疏松对抗拉强度影响较小，对屈服强度和伸长率影响较大，各取6个试样测得的平均值分别为Rm=434．8N/mm2、Rp0．2=368．8N/mm2和A=5．2%，满足技术指标的要求，只有个别试样的伸长率值低于5%;(3)显微疏松试样断口存在着大量的不规则孔洞，其余为韧窝和沿晶断裂特征。参考文献:［1］LESSITERMJ．Modelingworkshopunveilsdeeperconcerns［J］．ModernCasting，1992(7):47．［2］杜强，王利明，韩维新，李殿中，李依依．A356铝合金显微疏松与二次枝晶臂距的计算机模拟［J］．中国有色金属学报，2011(11):226－229．［3］麻向军，金胜灿，佟国栋，等．影响铝合金铸件显微疏松的因素［J］．铸造，2002，51(7):403－407．［4］贾泮江，陈邦峰．ZL205A高强铸造铝合金的性能及应用［J］．轻合金加工技术，2009，37(11):10－12．［5］龚磊清．铸造铝合金金相图谱［M］．北京:北京航空材料研究院出版，1979．