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引言
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% ]) s$ C, n; o' r% A1 w 合理选择、制备试样并进行光学金相检验可以提供重要的信息，如铸造铝合金产品的成分，制造工艺和热处理等。这些检查可提供由于工作时环境或力学条件对合金造成的影响方面的信息。- I0 O7 F2 _* c; e, F' }" y* ]9 U
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根据经验，金相学家常常可以鉴定合金种类、某种成分偏差、孔洞的有无、夹渣或偏析。根据晶粒尺寸，枝晶臂和第二相显微结构组成，以及健全程度，可以推断出孔洞类型、凝固速率和可能的铸造方法，而且评估在熔炼和铸造过程观察到的现象。可以确定热处理方法以及生产中由固溶处理中过热和固溶不充分引起的成分偏差。' k. J5 `) \3 ^) h7 ?$ p7 M; ?
' ] m/ c, K: Q$ F9 Y 表面涂层的厚度可以被测量，涂层的类型、存在的任何溶蚀的深度和类型常常可以都被确定。对在试验或工作中产生的断口的检测使我们可能根据力学或环境条件对造成断裂的主要原因进行分类，是否是疲劳的结果，还是由于应力腐蚀开裂、应力超过抗拉强度或是这些可能性的联合作用造成的。这个信息可以显示出设计不足、选择不合适的合金、质量低劣、加工性较差、误用或偶然的损伤都会产生过早的或不可预期的失效。
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# ~# c9 V1 i; v' E' S 金相研究常常用于工艺控制、品质保证或工作或试验失效的调查。虽然在很多情况下，从其它试验或分析方法得到的数据，可以提供明确的结论，但必须提供光学金相信息。# @ m3 E( j `6 u7 W6 S+ F' J
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为了更完整的调查，需要其它检测方法以确定化学成分(整体和局部的)，健全性，区分相以及显微组织的亚结构特征或裂纹。这样的方法有光谱化学分析，电子探针，射线照像，透射和扫描电子显微镜(图16—1)以及x射线和电子衍射。从这些方法中都能得到相应的信息，达到完整诊断的结果。本章只讨论光学显微分析获得信息的方法和种类。" _! _8 }4 p- m& r& z: b( P- G
& Z- R8 f: H3 e& Q% U5 J 取样
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8 {; F9 t& ~2 S" D1 j0 f$ } 样品以及被检测面位向的选择要求正确判断和计划以保证揭示其特征并具有代表性并符合规则。在切割或腐蚀之前应该先仔细的用肉眼检查。切割面的选择受零件形状、推测或已知形状和位置的不连续性等影响。. v% u. |% r; z' d. t! e* N1 Y
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铸件的完整测定要求几个剥离剖面表现在厚度方面或非常接近金属铸模或不同部分逆断层方面(可以影响固化比的)或者是通过勘探x射线检验显示内部透露特征的部分。渗透剂的检查对于粉碎的细粒定位是很有用的。断口表面会被保护装置保护，预防腐蚀或混合作用。
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0 q% f7 p( x" T8 ?' e6 J) h 样品分离, I. p2 w* o8 g5 J( G
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铸件的宏观或微观研究样品用锯或用磨料切割轮进行切割。弓锯或电锯刀片应该是锐利和润滑的，用润滑油将切割表面的变形深度降至最低程度。易碎的或小的样品可以使用镶金刚石的手锯。4 d& B9 z; B+ y, j. B3 \* I# O
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宏观检验6 C# {, B& R0 y( D5 t- q0 y! q& ~; X
! V8 S. L; W6 } 宏观研究检验在不放大的情况下进行，虽然在一般的用法中，这个条件适用于放大率达到10倍直径的时候。断口表面检查在没有任何准备或腐蚀并且只有一点或几乎没有放大率时可以提供孔洞存在的证明；非金属夹杂物；大的、有小刻面的金属间化合物颗粒；颗粒尺寸；断裂类型的断口特征指示。
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% h# E) g1 E0 U! E4 q 疲劳断口或产生应力腐蚀开裂的断口可以揭示出裂纹扩展的特征，这就可以确定裂纹的起点，及在某些情况下评估扩展的速率。疲劳裂纹的初始位置常常可以追踪到具体的预先存在的非连续性介质中，如非金属夹杂或孔洞；或可追踪到应力集中的表面特征，如冷疤、机加工的痕迹或缺口、不够大的半径或小刻痕，或由于偶然损伤造成的擦伤。这样的初步宏观检测对选择合理的截面及为进一步微观检测做样品剥离是很重要的。
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* j7 V4 g/ b9 K# s- n 对适当准备并腐蚀的截面进行的宏观检测除了可揭示孔洞、夹杂和偏析的存在外，对揭示晶粒尺寸和形状也是很有用处的。2 U- M1 m6 G9 F4 o4 x4 ~
; ^" p6 {; ~# {* ~ 机械预加工
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根据需要宏观检测样品的尺寸，更进一步还有机械方面被锯表面的准备。应该准备合适的刨床，可以进行手工操作或机械操作。对于小剖面，将被锯表面的粗糙表面和错动层清除掉，通过一条带状的或圆盘砂轮仔细地锉或磨样品。' a$ p$ }( w2 L1 P' z9 s5 i
. Z d+ S- i, I; N% @ 要锯开的表面需要进一步机械预加工，该表面应该是相当平的，这些机械加工可以用手工操作，也可以用机器加工。对于小剖面，锯开表面的粗糙部分及干扰层可以通过仔细锉去或将样品在一个带状或盘形的打磨器上研磨来去掉。. s# l+ h- H; y7 h( t
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可能不需要更进一步表面的机械预加工，但根据观察细节的需要，通常最好是继续用较细的金相砂纸磨。这些可以用手工磨或装一台水平轮进行。在任何情况下，应该用润滑剂／冷却剂来减少在表面里埋藏的研磨颗粒。，通过一张粒度为400的砂纸得到的一个干净表面，在经过宏观腐蚀以后将可以提供良好的细节。4 T. S$ E0 f4 B4 g* i) F& _
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由车床、铣床或牛头刨床用锐利工具切出来的机械表面对于粗形腐蚀和其它在宏观尺度上的检验来说效果是令人满意的。0 H* T/ D8 `- M
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如果机械加工合适，对于热处理的铝铜合金或铝镁合金的晶粒结构在腐蚀之前是可以看见的，有时很清晰，不过通常是模糊的。裂纹或孔洞在腐蚀之前是明显的，但是初步轻度腐蚀对于避免任何由于受污或摩擦金属引起的桥连或闭锁是必须的。当用渗透剂检验来揭示孔洞的分布和尺寸时，可以推荐用初步的轻度苛性腐蚀。
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宏观检验用的腐蚀剂常常是有很强的苛性或酸性溶液，腐蚀的温度和时间必须仔细地控制以避免过腐蚀(表16—1)。一份溶解了10％氢氧化钠的水溶液使用的温度在60-70度时，是一份非常好的多种用途的粗形腐蚀试剂。当在这种苛性溶液中腐蚀时，时间范围为3一10分钟，清洗腐蚀可以用更长一点的时间。
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8 b9 b- }) F% H2 I* L; O( A 对含铜的合金，在腐蚀剂的腐蚀过程中，在表面上会形成一层黑的涂层或残余物。因为这涂层罩住了组织，必须除去。在用水洗后要这么做：浸入或淹没在50％强HNO3溶液里，然后再用水清洗、吹干。特别对铝铜合金的晶粒的对比可以通过再次浸入腐蚀液几秒钟后腐蚀，然后用水洗净吹干。 P6 F6 ~- p. G2 j r; ]3 }
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对含硅量高于3％的合金，通过在腐蚀液中腐蚀显现出很少或根本没有晶粒的对比度。实际上，这些含硅量较高的合金通过宏观腐蚀很难揭示晶粒组织，但对氢氟酸或在混合酸腐蚀是很有用的，特别是对已经固溶处理过的铸件。Poulton试剂用于这个目的很合适。晶粒对比度可以通过在含10～30％CuCl2水浴液中另加几滴HF的腐蚀剂腐蚀来显现。腐蚀是通过连续的擦拭来去掉黑色的覆盖层并促使均匀腐蚀的。为了避免在酸或CuCl2溶液中不均匀腐蚀，预先在Na0H溶液中脱脂处理可能是很必要的。9 r. I& X8 V" t; H7 K, M; c& |
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晶粒结构
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# e% w! V4 W O) j 铸造铝合金的晶粒结构，除了晶粒内部微观结构特征尺寸排列外，还紧密依靠在凝固过程中的凝固速率和瞬态热梯度。在一些高热梯度条件下，Ixx(99％铝)合金和相对稀释或固溶体合金像5xx(铝，镁)型成为柱状晶粒(图16-2)，但是大部分铸造产品是近似等轴的各向同性的晶粒结构(图16-3)。在砂型铸件中晶粒平均直径可以在0.25—5 mm(0.01—0.2in．)范围之内。这分别相当于ASTM宏观晶粒尺寸值M-14到M-5.5(ANSI／ASTM Ell2)。对于金属型或激冷组合模或“高级”铸件，这个范围可以是0.13—1.3mm(0.005—0.05in．)。除了凝固速率和温度梯度等因素影响外，平均晶粒直径还受截面厚度和模具材料所决定。晶粒尺寸会受到熔体、浇注温度的显著影响，并也受到晶粒细化添加剂的形核率及其使用的工艺过程的显著影响。压铸件的晶粒尺寸比砂型或金属型铸件的晶粒尺寸小得多。因而在压铸件生产过程中通常不需要晶粒细化处理。6 e. w' m) O, l
: X1 \/ J; i- D, A4 w5 M 晶粒细化有利于减少热裂，也可有助于补缩，并能增强强度和塑性。从质量控制的观点来看，宏观腐蚀剖面可用于检查晶粒细化的有效性，也用于为了质量控制及失效分析两个目的与铸造产品的其它金相组织特征相关的检查。- P1 S7 u( p a2 j' M
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微观检验6 s9 j4 z, w7 a# C3 R
7 P1 \* G5 r" o. ?1 Q 用于微观检验的样品尺寸将会随用于检验的铸件的尺寸、形状和特征以及检验目的而变化。不使用大样品提高了达到合适磨光面的难度(虽然在罕见位置、在毁灭性的切割面是不允许的)，它甚至可能在一个没有错动样品的铸造部分表面产生一小块面积。
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! \8 i! S7 L, V+ }( B! T( F. k: D s http://www.wwfoundry.com/upload/2007_7_0/9_10_3_33_32596964.jpg
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近似13×13×7mm(1／2×1／2×1／4 in．)或稍微大一点的切割样品可以被简便、迅速地制备好。较小的样品、那些不规则形状的和那些用于铸模横截面研究、机械的、表面覆层的、腐蚀的样品，应该装在一个塑料装置。1 S) U5 }3 t! o0 N
y' h( H" b6 v: y v/ m[ 本帖最后由 ynsh518 于 2008-3-4 09:27 编辑 ] |
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发表于 2008-3-3 17:05:35
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