1、 本科畢業論文 第 頁 共 頁目 錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc357794469 HYPERLINK l _Toc357794470 1 緒論 PAGEREF _Toc357794470 h 11 HYPERLINK l _Toc357794471 1.1斷口口分析的的意義 PAGEREF _Toc357794471 h 11 HYPERLINK l _Toc357794472 1.2 對對顯微組組織及斷斷口缺陷陷的理論論分析 PAGEREF _Toc357794472 h 11 HYPERLINK l _Toc357794475 1.3研究究方法和和實驗

2、設設計 PAGEREF _Toc357794475 h 3 HYPERLINK l _Toc357794476 1.4預期期結果和和意義 PAGEREF _Toc357794476 h 33 HYPERLINK l _Toc357794477 2 實驗過過程 PAGEREF _Toc357794477 h 3 HYPERLINK l _Toc357794478 2.1 生生產工藝藝 PAGEREF _Toc357794478 h 4 HYPERLINK l _Toc357794479 21.11 加料料 PAGEREF _Toc357794479 h 4 HYPERLINK l _Toc357

3、794480 2.1.22 精煉煉 PAGEREF _Toc357794480 h 4 HYPERLINK l _Toc357794481 2.133 保溫溫、扒渣渣和放料料 PAGEREF _Toc357794481 h 4 HYPERLINK l _Toc357794482 2.1. 4 單單線除氣氣和單線線過濾 PAGEREF _Toc357794482 h 55 HYPERLINK l _Toc357794483 2.1. 5連鑄鑄 PAGEREF _Toc357794483 h 6 HYPERLINK l _Toc357794484 2.2 實實驗過程程 PAGEREF _Toc35

4、7794484 h 6 HYPERLINK l _Toc357794485 2.2. 1 試試樣的選選取 PAGEREF _Toc357794485 h 6 HYPERLINK l _Toc357794486 2.2.22 金相相試樣的的制取 PAGEREF _Toc357794486 h 88 HYPERLINK l _Toc357794487 2.2.33 用顯顯微鏡觀觀察 PAGEREF _Toc357794487 h 9 HYPERLINK l _Toc357794488 2.3 觀觀察方法法 PAGEREF _Toc357794488 h 10 HYPERLINK l _Toc357

5、794489 2.3.11顯微組組織的觀觀察 PAGEREF _Toc357794489 h 100 HYPERLINK l _Toc357794490 2.3.22 對斷斷口形貌貌的觀察察 PAGEREF _Toc357794490 h11 HYPERLINK l _Toc357794491 3 實驗結結果及分分析 PAGEREF _Toc357794491 h 111 HYPERLINK l _Toc357794493 3.1對所所取K模試樣樣的觀察察 PAGEREF _Toc357794493 h 11 HYPERLINK l _Toc357794494 3.2 金金相試樣樣的觀察察及分

6、析析 PAGEREF _Toc357794494 h 12 HYPERLINK l _Toc357794495 3.2.11 對顯顯微組織織的觀察察 PAGEREF _Toc357794495 h 12 HYPERLINK l _Toc357794496 3.2.22 斷口口缺陷 PAGEREF _Toc357794496 h 115 HYPERLINK l _Toc357794497 結論 PAGEREF _Toc357794497 h 23 HYPERLINK l _Toc357794498 致謝 PAGEREF _Toc357794498 h 24 HYPERLINK l _Toc357

7、794499 參考文獻 PAGEREF _Toc357794499 h 225 HYPERLINK l _Toc357794500 附錄 PAGEREF _Toc357794500 h 27本科畢業論文 第40頁 共 29 頁1 緒論1.1斷口口分析的的意義隨著現代科科技的發發展以及及現代工工業的需需求，作為221世紀紀三大支支柱產業業的材料料科學正正朝著高高比強度度，高強高高韌等綜綜合性能能等方向向發展。長長久以來來，鑄造鋁鋁合金以以其價廉廉、質輕輕、性能能可靠等等因素在在工業應應用中獲獲得了較較大的發發展。尤其隨隨著近年年來對軌軌道交通通材料輕輕量化的的要求日日益迫切切1，作為為鑄造鋁鋁合

8、金中中應用最最廣的AA3566鋁合金金具有鑄鑄造流動動性好、氣氣密性好好、收縮縮率小和和熱裂傾傾向小，經過變變質和熱熱處理后后，具有良良好的力力學性能能、物理理性能、耐耐腐蝕性性能和較較好的機機械加工工性能2-3，與鋼輪輪轂相比比，鋁合金金輪轂具具有質量量輕、安安全、舒舒適、節節能等，在汽車車和航空空工業上上得到了了日益廣廣泛的應應用44。然而，由于于其凝固固收縮，同時在在熔融狀狀態下很很容易溶溶入氫，因此鑄鑄造鋁合合金不可可避免地地包含一一定數量量的缺陷陷，比如空空隙、氧氧化物、孔孔洞和非非金屬夾夾雜物等等5-7。這些些缺陷對對構件的的力學性性能影響響較大，如含11%體積積分數的的空隙將將導

9、致其其疲勞500%，疲勞極極限降220%8-9。所以以研究構構件中缺缺陷的性性質、數數量、尺尺寸和分分布位置置對力學學性能的的影響具具有重要要意義10。而這些些缺陷往往往是通通過顯微微組織和和斷口分分析來研研究的。另外，通過過顯微組組織和斷斷口分析析所得到到的結果果可以分分析這些些缺陷產產生的原原因，研研究斷裂裂機理，比比結合工工藝過程程分析缺缺陷產生生的原因因，從而而對改進進工藝提提出一定定的有效效措施，確確定較好好的生產產工藝，以以提高鋁鋁合金鑄鑄錠的性性能。但關于該合合金的微微觀組織織及其斷斷口分析析研究較較少，研研究內容容深但不不夠綜合合，每篇篇論文多多研究其其部分缺缺陷，斷斷口的獲獲

10、得多為為拉伸端端口。因因此，希希望對AA3566鋁合金金的斷口口缺陷有有一個較較為全面面的研究究。1.2對顯顯微組織織及斷口口缺陷的的理論分分析鑄件的力學學性能與與其微觀觀組織有有密切聯聯系111。A3556合金金是一個個典型的的Al-Si-Mg系系三元合合金，它它是All-Sii二元合合金中添添加鎂、形形成強化化相Mgg2Si，通通過熱處處理來顯顯著提高高合金的的時效強強化能力力，改善善合金的的力學性性能。A3556合金金處于-AllMgg2SiSi三三元共晶晶系內，其其平衡組組織為初初生-Al（-AlSi）共共晶MMg2Si。其其相圖如如右圖11-1，在冷卻卻時，由由液相先先析出-All鋁

11、，隨隨著鋁的的析出，液液相成分分變至二二元共晶晶線，發發生共晶晶反應，反反應式為為：L-AAlSSi(11)圖1-1 鋁硅鎂三元共晶圖圖1-1 鋁硅鎂三元共晶圖由于A3556的含含Si量量僅為77，所所以，液液相成分分在達到到三元共共晶點之之前，液液相消失失，凝固固完全。凝凝固后的的組織為為初生-All基體（-AllSii）共晶晶。凝固固后鋁固固溶體含含有Sii和Mgg元素，在在繼續冷冷卻過程程中析出出Si和和Mg22Si(如圖11-1)。室溫溫下的組組織為初初生-Al、（-AlSi）共晶和和Mg2Si。冷卻速速度較快快時，次生生相Sii和Mgg2Si彌彌散細小小不易分分辯，而而表現出出-AA

12、l和（-AllSii）共晶晶。在實實際鑄造造條件下下（非平平衡凝固固），除除基本相相外，還還可出現現少量-AllMgg2SiSi三三元共晶晶體和雜雜質鐵等等構成的的雜質相相和一些些復雜的的多元共共晶相13。一般來說，鑄造缺缺陷對構構件的抗抗拉強度度影響較較小，但較顯顯著影響響構件的的伸長率率144。A3556鋁合合金內部部缺陷主主要有偏偏析、縮縮松、縮縮孔、氣氣孔、針針孔、非非金屬夾夾雜和夾夾渣、金金屬夾雜雜、氧化化鋁膜、白白點等。這這些缺陷陷對其性能能和強度度有很大大的影響響。因為生生產鋁錠錠的鋁水水是電解解鋁液，電解鋁液的溫度一般在930以上，是過熱金屬15電解過程產生的H2和AL2O3夾

13、雜直接進入鋁液中，會造成H2含量高和AL2O3夾雜多16，H2產生氣孔、氣泡和白點缺陷的重要因素，AL2O3易形成夾渣；電解鋁液中的雜質元素Fe、Si與合金中的Mn、Mg等元素作用形成Al-FeMnSi、Mg2Si等第二相，分布于晶粒內以及晶界處，影響基體連續性；鑄造過程中由于清渣不徹底以及凝固過程中的選分結晶和冷卻條件不當易于生成夾雜、縮松和縮孔17；-Al枝晶二次枝晶臂之間板片狀共晶體是材料中最薄弱的區域，該區域中尺寸最大的Si顆粒首先發生斷裂形成裂紋源。由于以上因素的影響，A356鋁合金容易斷裂，從而影響其強度、塑韌性和力學性能。若共晶Si呈灰色針狀和片狀，雜亂無章地分布在-Al鋁基體上

14、，用光學顯微鏡可以看到鑄造過程中的鑄造縮孔、鑄造氣孔、氧化膜等缺陷。1.3研究究方法和和實驗設設計大顆粒夾雜雜：用肉肉眼觀察察其存在在形式、數數量、大大小和分分布特點點（存在在區域）以以及夾雜雜物本身身的形貌貌和大小小，并結結合冶煉煉工藝分分析其來來源；檢檢測雜質質凈化效效果和晶晶粒細化化效果。顯微夾雜：用金相相顯微鏡鏡和掃描描電鏡觀觀察其存存在形式式、數量量、大小小和分布布特點（存存在區域域）以及及夾雜物物本身的的形貌和和大小，并并結合冶冶煉工藝藝分析其其來源；檢測雜雜質凈化化效果和和晶粒細細化效果果。對A3566鋁合金金顯微組組織的觀觀察主要要用金相相顯微鏡鏡進行觀觀察。首首先是取取樣：包

15、包括用長長柄樣勺勺從和料料爐鋁液液、用短短柄樣勺勺從爐外外取樣以以及取成成品樣，將將取到的的熔液倒倒入樣餅餅模和KK模得到到樣餅和和K模試試樣，用用上述取取樣方法法選取不不同工藝藝參數、不不同生產產階段的的試樣。將將取得的的試樣通通過切、車車、銑、磨磨、拋等等步驟制制成金相相試樣，通通過不同同的放大大倍率觀觀察索取取試樣的的顯微形形貌，并并獲得各各個形貌貌的照片片。對于斷口的的觀察所所用試樣樣是公司司提供的的，將試試樣斷口口處切下下，在車車床上將將試樣切切成金相相試樣大大小，然然后通過過粗磨、細細磨、拋拋光、浸浸蝕制成成金相試試樣，通通過金相相顯微鏡鏡觀察并并記錄觀觀察到的的缺陷，分分析缺陷陷

16、產生的的原因。1.4預期期結果和和意義1）結合企企業生產產需求，對對A3556鋁合合金進行行金相及及掃描電電鏡試驗驗，對分分布在初初生-Al基基體上的的共晶硅硅相、雜雜質相及及氣孔等等進行觀觀察，分分析其分分布特征征、形貌貌及影響響。2）用掃描描電鏡觀觀察鋁合合金斷口口形貌，并并研究其其斷裂過過程及機機理。3）將所觀觀察的斷斷口形貌貌進行分分類。2 實驗過過程此次實驗分分為三個個步驟：1）生生產工藝藝，主要要是了解解生產的的概況，記記錄生產產過程中中的工藝藝參數；2）實實驗階段段，是關關鍵步驟驟，要熟熟悉實驗驗過程中中的每個個步驟，掌握所所需的參參數；3）觀觀察方法法，是對對試樣進進行觀察察的

17、總結結。2.1 生生產工藝藝聯信公司用用的是魏魏橋鋁廠廠提供的的電解鋁鋁液，通通過連鑄鑄生產AA3566鋁合金金鑄錠。該該廠有四四個和料料爐，每每爐裝料料量為330t，從南到北分別為1#爐、2#爐、3#爐和4#爐。兩條國內最大連鑄生產線，單塊鋁錠規格：長：740mm；寬：105（95）mm；高：55mm；重量：約9.5Kg。整跺鋁錠規格：740740760mm。每跺塊數：93塊。詳細工藝過程如下。21.11 加料料A356合合金是一一個典型型的All-Sii-Mgg系三元元合金，主主要成分分是：Si66.5%-7.5%，MMg200%-00.400%，CCu0.200%，Zn0.110%，Mn

18、0.110%，Ti0.220%，其他元元素每種種0.005%，其余是是鋁。該該廠主要要生產AA3566.2鋁鋁合金，加料方方法為：向和料料爐中加加鋁水分分為兩次次，真空空包（最最大鋁量量為90000）運來來鋁水后后用天車車吊到爐爐前，打打開和料料爐爐門門開始倒倒鋁水，此此時鋁液液溫度在在8400-8880，5miin左右右倒完，開開始熔煉煉。根據據不同工工藝設定定熔煉溫溫度和所所要加的的成及其用用量計算算加料量量，如加加硅、加加鎂、加加鈦、廢廢鋁錠等等。下表表是A3356.2鋁合合金的成成分表。表2.1 A3556.22鋁合金金化學成份份（%）Si Ti Mgg FFe Cu Mnn ZZn

19、P6.5-77.50.220.330-00.4550.12 0.100.055 00.05痕跡跡2.1.22精煉加料后為了了快速均均勻成分分和溫度度，在和和料爐中中進行電電磁攪拌拌。攪拌拌時間在在15-20mmin，根據不不同工藝藝攪拌溫溫度在6690-7400；爐內精精煉是通通過噴吹吹以氮氣氣作為載載體將精精煉劑和和清渣劑劑加入爐爐內的，氮氣純純度大于于等于999.9995%，噴吹時時間為55minn-100minn。精煉煉劑和清清渣劑的的用量為為0.1%-0.2%（與與Al相比比）。精煉后取樣樣分析，根根據能譜譜儀結果果判斷各各個元素素含量是是否合格格，補加加硅鎂等等礦石。2.133 保溫

20、溫、扒渣渣和放料料精煉結束后后保溫一一段時間間（一般般在100minn-155minn），待溫度度均勻后后開始扒扒渣。該該廠運用用人工扒扒渣，扒扒渣時間間在155minn-300minn，時間間可長達達40mmin，費費時費力力。扒渣渣完成后后靜置55minn，使成分分和溫度度均勻。待成分和溫度符合放料條件時，打開和料爐爐門開始放料。2.1. 4單線線除氣和和單線過濾濾鋁液出和料料爐后先先進行在在線除氣氣，在經過過過濾，之之后進入入結晶器器開始連連鑄。 單線除除氣使用ALPPUR-55旋旋轉除氣氣裝置進進行在線線除氣(圖2-1)。這這種除氣氣裝置為為雙石墨墨轉子，最最大金屬屬流量為為55tt/

21、h。ALLPURR凈化工工藝是基基于吸附附凈化原原理，通通過轉子子吹出精精煉氣體體，借助助旋轉噴噴嘴產生生均勻分分布的微微小氣泡泡，并與與反應室室內的熔熔體充分分接觸反反應使熔熔體凈化化。精煉煉氣體可可以是氮氮氣，也也可以是是氮氣與與氯氣的的混合氣氣體。圖2-1 ALPPUR凈凈化鋁熔熔體示意意圖單單線過濾濾 過濾除除渣主要要是靠過過濾介質質的阻擋擋作用、摩摩擦力或或流體的的壓力使使雜質沉沉降或堵堵滯，從從而凈化化熔體。上上述生產產線采用用CFFF雙級泡泡沫陶瓷瓷過濾板板，過濾濾箱安裝裝2套平平行過濾濾板，處處理流量量為555t/hh。過濾濾板為雙雙層300/500ppii復合泡泡沫陶瓷瓷過濾

22、板板，上層層過濾板板的孔隙隙度為330pppi，底底層過濾濾板的孔孔隙度為為50pppi。CCFF泡泡沫陶瓷瓷過濾裝裝置可以以有效除除去直徑徑大于220um的夾夾渣物，過過濾效率率可達775%。圖圖2-22為泡沫沫陶瓷過過濾裝置置工作示示意圖。圖2-2 CFFF泡沫陶陶瓷過濾濾裝里工工作示度度圖2.1.55連鑄過濾后的鋁鋁液通過過溜槽流流入結晶晶器，澆澆鑄機轉轉速為8863rrpm-8644rpmm，開始始結晶出出來的坯坯殼先由由人工導導入足輥輥，之后后進入校校直段。鋁錠經過切定尺之后被切斷。鋁錠的冷卻是通過噴水冷卻的，分三段冷卻。冷卻水流速分別為0.137m/s、0.684m/s和1.478

23、m/s；流量分別為133.7m3、401.1m3和883.1m3。剪切后的鋁錠通過機械手堆垛，最后捆扎。2.2 實實驗過程程對于顯微組組織及斷斷口分析析實驗，主要工工具是顯顯微鏡觀觀察。因此實實驗主要要分三個個步驟：1)試樣樣的選取取；2)金相試試樣的制制備；33)觀察察記錄。2.2.11 試樣樣的選取取取樣時要注注意取樣樣階段和和參數，對對各個試試樣的詳詳細信息息做記錄錄。在11#、33#、44#爐內內取樣時時按下表表取樣。表格如下。表2-2 1#爐爐參數表表階段 時間 取取樣溫度度熔煉8 hh 7244精煉 0.5h7737噴吹6999過濾6933表2-333#爐和和4#爐爐參數表表階段

24、時間 取取樣溫度度3#爐熔煉煉 8 h 77473#爐精煉煉 0.5h 73774#爐熔煉煉 70224#爐精煉煉69991)爐內取取樣：爐內取取樣用長長柄樣勺勺（如圖圖2-3），取樣前前先給樣樣勺和模模具刷一一層涂料料并烘烤烤干燥，保保證樣勺勺和模具具干凈。為為保證所所取鋁液液有代表表性應該該在爐膛膛中心取取樣，先先用樣勺勺扒開浮浮渣，然然后將樣樣勺深入入液面1100mmm以下下，防止帶帶入渣子子。將鋁鋁液取出出后倒入入樣餅模模（圖2-2-1）得到樣樣餅，倒入KK模（K模包括括有K模本體體，K模本體體設置有有一槽道道，槽道道內設置置有至少少一個沿沿槽道寬寬度方向向布置的的斷裂楔楔塊）中中得到

25、KK模試樣樣。在取KK模時，一對模模具要用用一勺鋁鋁水同時時澆鑄完完全，凡是其其中一個個不合格格的要同同時澆鑄鑄一對。圖2-3 長柄樣樣勺2)爐外取取樣：爐爐外取樣樣與爐內內取樣大大致相同同，但用用短柄樣樣勺（圖圖2-4-2）取樣。取取樣時要要逆著鋁鋁液流盛盛取。圖2-4 短柄取取樣勺和和樣餅模模，1-樣餅模模，2-短柄樣樣勺3)成品樣樣的選取取：成品鋁鋁錠應選選有代表表性的，然后弄弄斷，切下斷斷口，采取一一定措施施保護斷斷口防止止斷口被被氧化。2.2.22 金相相試樣的的制取用金相分析析的方法法來觀察察檢驗金金屬內部部的組織織結構是是工業生生產中的的一種重重要手段段，例如對對原材料料的冶金金

26、質量情情況如偏偏析、非非金屬夾夾雜物分分布類型型與級別別檢查；對鑄造造材料的的鑄造疏疏松、氣氣孔、夾夾渣組織織均勻性性檢查；對鍛造造件的表表面脫碳碳、過熱熱、過燒燒、裂紋紋、變形形等情況況檢查。金相試樣的制取是十分關鍵的一步18，若制備不當，則可能出現假象，從而得出錯誤的結論19。金相試樣的制備包括：切樣、銑樣、磨樣、拋光和浸蝕。1）切樣和和銑樣：所取成成品斷口口試樣橫橫截面大大小不合合適難以以放進磨磨樣機固固定裝置置時，應應該首先先將試樣樣切成一一定大小小和形狀狀，注意意不要破破壞要觀觀察的斷斷面。在在對斷面面和樣餅餅進行磨磨制前應應該先銑銑所要觀觀察的那那一面，以以使蓋面面平整，便便于磨制

27、制。2）磨樣：磨光過過程是試試樣制備備最重要要的階段段，除使試試樣表面面平整外外，主要是是使組織織損傷層層減少到到最低程程度。試試樣是用用機械進進行磨制制的，每每次可同同時磨六六個試樣樣。首先先將試樣樣固定在在固定裝裝置上，然然后設置置參數，開開啟開關關進行磨磨制。磨磨樣過程程分三步步：粗磨磨、中磨磨和細磨磨。要求求每次要要覆蓋上上次的磨磨痕，磨磨完后要要清洗掉掉砂紙上上的殘留留。磨樣樣過程中中連續供供水噴在在磨樣處處。磨樣時參數數如下。表2：磨樣樣參數磨樣方式 轉速速（rppm）時間(s)壓力（NN）水砂砂紙型號號冷卻水水流量粗磨1500 900 300 880 大中磨1500 1550 4

28、00 2220中中細磨1500 1880 500 112000 小拋光：試樣樣磨完后后要進行行機械拋拋光，拋光的的目的是是去除磨磨光時留留下的磨磨痕，提高試試樣表面面的光反反射性，改善組組織分辨辨率，要要求將金相相試樣拋拋成鏡面面。拋光光過程也也分三步步：粗拋拋、中拋拋和細拋拋，拋光光時不噴噴水，有有對應的的拋光液液。每次次拋完要要將拋光光布上的的殘余洗洗凈。拋拋光過程程參數設設置如下下。表3：拋光光參數拋樣方式 轉速（rrpm） 時間(ss)）壓力（NN）拋光光液型號號（umm）劑量量/級別別粗拋 1550 3300 600 99 00/9中拋 1550 2700 600 33 00/0細拋

29、 1550 2400 600 00.044 0/00浸蝕：所有有的金相相試樣都都必須浸浸蝕，顯顯微組織織可以很很清晰顯顯示，便于觀觀察。所所用浸蝕蝕劑為00.5%氫氫氟酸水水溶液(HF00.5mL+蒸餾水1000mL)，浸蝕蝕時間為為10ss-155s。浸浸蝕后用用清水沖沖洗，然然后用酒酒精擦拭拭，最后后用電吹吹風吹干干。2.2.33 用顯顯微鏡觀觀察所利用的金金相顯微微鏡（如如圖2-5）型號為為Feggrappol-31，是丹麥生生產的。顯顯微鏡直直接與電電腦相連連，所觀觀察的圖圖像可以以直接被被拍成照照片傳到到電腦上上。利用用顯微鏡鏡對所有有試樣進進行顯微微組織觀觀察和斷斷口缺陷陷分析后后

30、可獲得得顯微組組織圖像像和斷口口缺陷圖圖像。圖2-5金金相顯微微鏡2.3 觀觀察方法法實驗觀察的的內容主主要有：顯微組組織的觀觀察主要要是顯微微組織類類型、形形態和大大小。斷斷口觀察察主要是是觀察斷斷口的缺缺陷、數數量、形形態和大大小。2.3.11顯微組組織的觀觀察1）-AAl基體體和共晶晶Si相相的觀察察：對視視野中所所呈現形形態要首首先認識識組織的的種類、顏顏色和數量等特特征。對對共晶SSi相晶晶粒大小小的測量量首先要要選定具具有代表表性的或或顆粒便便于測量量的晶粒粒，要對不不同處理理的晶粒粒（如變變質的與與未變質質的）進進行觀察察。金相相圖中的的晶粒尺尺寸大小小、相的的分布、各各相相對對

31、含量、相相的特征征以及化化學成分分等都可可以通過過Imaage-Proo Pllus的的計算機機數字化化處理來來完成。2)二次枝枝晶的觀觀察：對二次次枝晶的的研究主主要是對對枝晶間間距的研研究。二次枝枝晶間距距的測量量方法為為截線法法20。如圖2-44所示，即即畫一條條平行于于一次枝枝晶的線線和若干干條平行行于二次次枝晶臂臂且垂直直于一次次枝晶的的線，通通過測量量各條平平行線的的間距大大小并取取平均值值來計算算二次枝枝晶的平平均間距距。只取取與一次次枝晶相相連且二二次枝晶晶臂完整整的枝晶晶進行測測量。圖 2-44 二次次枝晶測測量方法法在金相圖片片中找出出符合要要求的位位置，先先畫出一一次枝晶

32、晶的平行行線，再再畫出垂垂直于一一次枝晶晶并平行行于二次次枝晶臂臂的線，測測量截線線上兩平平行線間間距，并并計算平平行線間間二次枝枝晶臂的數數量，將將所得數數值除以以二次枝枝晶臂數數量，即即獲得所所需要測測量的二二次枝晶晶間距，為為了準確確獲得二二次枝晶晶間距，選選取金相相圖E處處測量位位置，并并將所獲獲得的二二次枝晶晶間距再再次求平平均值。近似計算DCS如下：DCS= L / n (2)式中，L為為圖像中中任意截截線的長長度，n為截截線所截截胞界的的總數或或截線與與共晶區區域交點點的總數數。2.3.22 對斷斷口形貌貌的觀察察1）肉眼觀觀察：對對于K模模，主要要是用來來檢查鋁鋁液純凈凈度的。

33、將將一對KK模標記記上1-10，然然后弄斷斷。檢查查對應斷斷口，看看斷口的的夾渣（即即小黑點點數）。將將數出的的黑點數數除以110得到到K值，根根據K值值判斷鋁鋁液是否否合格。表表格如下下：表2.4 各階段段K值級級別K值級別10ABCDEF其中，對于于澆包AA級為合合格，靜靜置爐BB級合格格，和料料爐E級級合格。2）金相觀觀察：對于顯顯微缺陷陷的觀察察只能借借助于顯顯微鏡，要要不斷移移動物鏡鏡盡量觀觀察斷面面所有的的地方，用不同同放大倍倍數的物物鏡觀察察，觀察察不同放放大倍率率下缺陷陷所呈現的的形態。3 實驗結結果及分分析主要分析實實驗過程程所獲取取K模試樣和和金相試試樣。KK模試樣主主要是

34、用用肉眼觀觀察夾渣渣數；金金相試樣樣主要觀觀察鋁基基體和共共晶硅的的形態以以及斷口口缺陷形形貌。3.1對所所取K模模試樣的的觀察所取K模（如如圖3-1）分分為精煉煉前、精精煉后、過過濾前和和過濾后后的鋁液液澆鑄的的，粗略略地觀察察和分析析鋁水純純凈度以以及精煉煉、除氣氣和過濾濾效果。圖3-1 K模試試樣通過數所選選K模斷斷口夾渣渣數，得得到K值值分別如如下表：表3.1 各階段段所得KK值階段 KK值（加加精煉劑劑） K值（加加清渣劑劑）熔煉 33.5 33.6精煉2.33 1.22除氣 0.5 0.4過濾 00.1 00.1通過上述表表格所得得數值與與標。表表2.44比較可可知，各各階段鋁鋁水

35、均合合格；通通過各階階段數值值比較可可知：精精煉后特特別是加加清渣劑劑后鋁水水純凈度度升高，另另外除氣氣和過濾濾均有除除渣效果果。3.2 金金相試樣樣的觀察察及分析析金相顯微鏡鏡可以觀觀察試樣樣顯微組組織形態態及分布布，還可可以對晶晶粒度大大小和二二次枝晶晶進行測測量；對對斷口缺缺陷類型型及形態態、大小小及數量量和分布布進行觀觀測。3.2.11 對顯顯微組織織的觀察察主要觀察鋁鋁合金中中-AAl基體體（如圖圖3-2a和圖33-3bb、圖33-3cc、圖33-3dd中A）形形態和共共晶Sii相形態態、大小小。根據據Al-Sii二元合合金相圖圖，A3556鋁合合金屬于于亞共晶晶合金，其凝固固過程先

36、先析出初初生Al枝晶晶，然后All-Sii共晶體體在枝晶晶臂之間間形成。未經經變質處處理未經變質處處理的共共晶Sii一般呈呈針狀（如如圖3-2a和圖33-3bb、圖33-3cc、圖33-3dd中B），顏顏色比-All基體深深。裂紋的的萌生與與Si相相有密切切關系21：（11）共晶晶Si與與共晶AAl界面面為非共共格界面面，存在在空位缺缺陷，在在應力作作用下這這些空位位互相結結合長大大，導致致了共晶晶Si與與Al基基體的界界面分離離；（22）共晶晶Si與與Al基基體的塑塑性不同同，Sii相為脆脆性相，而而Al基基體為塑塑性相；在應力力作用下下直徑最最大的SSi相22優先發發生斷裂裂，成為為裂紋源

37、源。共晶Si呈呈灰色針針狀雜亂亂無章地地分布在在-AAl鋁基基體晶界界上(如如圖3-2a中方方框內)，當裂裂紋擴展展遇到與與裂紋前前進方向向相異的的共晶硅硅粒子時時，將截截斷共晶晶硅粒子子，使硅硅粒子發發生斷裂裂233，即穿晶斷斷裂。 變質處處理后加鍶變質效效果最好好，鍶變質質有很好好的長效效性，可可使變質質效果維維持長達達5-88小時。變質后的共晶硅顆粒大部分呈點球狀或短纖維狀（如圖3-2b、圖3-2d和圖3-2c中的B2）。但研究表明，鍶的加入加大了鋁熔液的吸氣性24。由于變質后共晶硅形態的改變，可使得合金性能有所提高。圖3-2 a 未未變質無無缺陷圖3-2bb 典型型縮松（變變質后）圖3

38、-2cc 典型型氣孔+渣（變變質后）圖 3-22d 典典型縮孔孔（變質質后） 二次枝枝晶二次枝晶（如如圖3-2b和3-2c中的的B3）是在在一次枝枝晶臂上上生出來來的，形形狀如樹樹枝狀，比比一次枝枝晶要細細。二次次枝晶間間距的大大小是微微觀組織織中一個個重要數數據，是是衡量組組織優劣劣的重要要參數。二次枝晶間距大小是評判凝固組織優劣的重要特征，二次枝晶臂間距大小直接影響著成分偏析、第二相及顯微孔洞的分布，另外，枝晶與枝晶間塊狀共晶體的強度高于二次枝晶臂之間板片狀共晶體，因此板片狀共晶體是A356合金的薄弱環節，裂紋首先在這個區域萌生25。根據圖2-4和式式（2）可可分別測測量出圖圖3-22b和

39、3-2c中中矩形方方框中所所標注的的二次枝枝晶間距距為：113.008umm和177.788um。其中L分別為：65.36um和53.33um。n分別為：5和3。這個成果在國內同類行業中是比較先進的。3.2.22 斷口口缺陷斷口缺陷分分析是分分析鋁合合金斷裂裂機理的的重要方方式，在在所取試試樣中觀觀察到的的缺陷有有：縮松松、縮孔孔、氣孔孔、針孔孔、非金金屬夾雜雜和夾渣渣、氧化化鋁膜（表表現為混混皮、渣渣皮等）。縮縮松和縮縮孔1）縮松的的形態：縮松（如圖圖3-22b中的的C和33-3aa中的CC）和縮縮孔（圖圖3-33b中的的C和圖圖3-22中的dd）是鑄錠錠在凝固固過程中中，由于合合金在液液態

40、和固固態的體體積收縮縮得不到到補充而而產生的的細小而而分散的的孔洞性性缺陷。在在金相顯顯微鏡下下觀察，縮縮松表現現為沿晶晶界形成成的形狀狀不規則則的圖形形，顏色色單一且且比基體體深。縮孔表表現為沿沿晶界較較規則的的圖形，多多近似為圓圓形，顏顏色單一一且比基基體深。圖3-3aa 典型型縮松（變變質后）圖3-3bb 典型型縮孔（未未變質）2)產生原原因：縮縮松一般般包括收收縮縮松松和氣體體縮松。收收縮縮松松產生的的機理是是金屬鑄鑄造結晶晶時從液液態凝固固成固態態，體積積收縮在在樹枝晶晶枝杈間間因液體體金屬補補縮不足足而形成成空腔，這這種空腔腔即為收收縮縮松松。一般般尺寸很很小，難難以避免免。氣體縮

41、松產產生的機機理是：熔體中中未出去去的氣體體氫氣含含量較高高，氣體體被隱蔽蔽在樹枝枝晶枝杈杈間隙內內，隨著著結晶的的進行，樹樹枝晶枝枝杈互相相搭接形形成骨架架，枝杈杈間的氣氣體和凝凝固時析析出的氣氣體無法法逸出而而集聚，結結晶后這這些氣體體占據的的位置形形成空腔腔，即為為氣體縮縮松。當體積收縮縮大而液體體金屬補補縮嚴重重不足時時就會形形成縮孔孔。3）危害：縮松使使鑄錠密密度減小小，致密密性降低低特別是是降低高高強鋁合合金的沖沖擊韌性性和斷面面收縮率率，在熱熱軋和鍛鍛造時易易引起裂裂紋。縮孔破破壞了金金屬的連連續性，嚴嚴重影響響工藝性性能，截截取鑄錠錠坯料時時必須去去掉。4）預防措措施：根根據縮

42、松松和縮孔孔產生原原因和形形成過程程可知，有如下的預防措施：a）降低熔熔體中氣氣體含量量，如烘烘爐徹底底、精煉煉劑和所所需工具具烘烤徹徹底、降降低各種種材料的的水含量量、防止止熔體在在爐內時時間過長長、防止止熔體過過熱等。b）縮小鑄鑄錠中過過渡帶的的尺寸，如如：采用用合適的的漏斗均均勻供流流適當提提高鑄造造溫度和和降低鑄鑄造速度度、適當當提高水水壓以提提高鑄錠錠冷卻強強度、適適當降低低開始凝凝固溫度度和凝固固終了溫溫度差。 氣孔和和渣孔1)形態：氣孔（如如圖3-2c中的D）是鑄件件組織中中的圓形形空洞，它它是內表表面光滑滑的球狀狀空洞缺缺陷，其其為未逸逸出的氣氣泡在鑄鑄錠中形形成的缺缺陷，其其

43、在顯微微鏡下觀觀察呈規規則的圓圓形，但是析析出位置置不固定定；渣孔（如如圖3-3c中中的D）是是氣孔中中卷入渣渣滓形成成的，其其內表面面就不再再是光滑滑的，在在顯微鏡鏡下觀察察呈不太太規則的的圖形且且顏色不不一致。圖3-3cc 典型型渣孔（未未變質）2)產生原原因：熔熔體中的的氣體以以氣泡析析出，必必須具備備三個條條件：一一是溶解解的氣體體處于過過飽和狀狀態；二二是氣泡泡內的壓壓力之和和大于作作用與氣氣泡的外外壓力；三是有有大于臨臨界尺寸寸的氣泡泡核。在在實際鑄鑄造條件件下由于于熔體中中總是存存在大量量的非金金屬夾雜雜物、結結晶體和和精煉時時未逸出出的氣泡泡因此熔熔體中的的非自發發氣泡核核很容

44、易易形成。另另外結晶晶前沿造造成的氫氫含量的的過飽和和對氣泡泡的形成成造成有有利條件件。3)影響氣氣孔和渣渣孔形成成的主要要因素：a）熔體體原始含含氣量高高。熔體體原始含含氣量愈愈大，則則溫度降降低時析析出的氣氣體愈多多；結晶晶界面上上液相過過飽和濃濃度愈大大，導致致形成氣氣泡的過過飽和區區域愈寬寬；時間間愈長，則則愈促使使氣孔的的形成。b）冷卻速速度。鑄鑄錠冷卻卻速度愈愈快，氣氣體擴散散愈不充充分，且且來不及及析出，因因而允許許不產生生氣孔的的氣體過過飽和度度增大，導導致形成成氣泡的的過飽和和區域愈愈窄；同同時，冷冷卻速度度愈大，過過渡帶愈愈窄，枝枝晶不易易封閉液液相，因因而愈能能降低形形成

45、氣孔孔的傾向向。c）合金成成分。合合金成分分影響原原始含氫氫量，氫氫在合金金中的擴擴散系數數、分配配系數以以及結晶晶區間的的大小都都會不同同程度的的影響氣氣孔的形形成及分分布。d）鑄造工工藝條件件。主要通通過改變變結晶方方式、過過渡帶尺尺寸來影影響氣孔孔的形成成及分布布。e）非金屬屬夾雜含含量。非非金屬夾夾雜愈少少，則允允許產生生氣孔的的臨界含含氫量愈愈高。4)預防措措施：11）從原原料、工工具、設設備、工工藝等方方面入手手降低含含氣量。22）適當當提高鑄鑄造溫度度、降低低鑄造速速度，建建立良好好的析氣氣條件便便于氣泡泡上浮。33）提高高鑄錠冷冷卻速度度阻止氣氣體以氣氣泡形式式析出。 非金屬屬

46、夾雜物物1）形態：非金屬屬夾雜(如圖33-3dd中E)沒有固固定的形形狀，多為塊塊狀，與與基體顏顏色不同同。圖3-3dd 典型型非金屬屬夾雜（變變質不足足）圖3-3ee 典型型夾渣（未未變質）2）非金屬屬夾雜產產生原因因：在熔熔煉和鑄鑄造過程程中，來來自熔劑劑、爐渣渣、爐襯襯、油污污和灰塵塵中的氧氧化物、氮氮化物、碳碳化物等等帶入熔熔體，且且除渣不不徹底，在鑄錠中則產生夾雜。3）防治措措施：a）將材料料中的油油污、水水分和灰灰塵等清清除干凈凈。b）爐子、溜溜槽和澆澆道處理理干凈。c）精煉要要好，精精煉溫度度不能太太低，防防止渣子子分離不不好爐渣渣要除凈凈。d）提高鑄鑄造溫度度以增加加金屬流流動

47、性，促促進渣子子上浮。夾渣渣1）形態：夾渣（3-3d中的的E）往往往是非非金屬夾夾雜物，是是鑄錠中中單個顆粒較較大的顆顆黑色粒或細小小成群簇簇狀細粒粒。2）產生原原因：夾夾渣常常是隨隨液體金金屬一起起掉入鑄鑄錠中的的爐渣、爐爐襯碎塊塊兒或塊塊度較大大的氧化化物所造造成的。3）防止措措施：1）仔細精精煉，保保證靜置置時間，采取過濾措施。2）保持金金屬液面面平靜，最最好采用用同水平平鑄造。3）烘烤工工具要徹徹底，適適當提高高鑄造溫溫度，鑄鑄造完成成后仔細細清理爐爐子及其其它工具具。4）使用清清潔的爐爐料。氧化化膜和渣渣皮1）形態：氧化膜膜(如圖圖3-33d和33-3ff中的FF)是氧化鋁鋁形成的的

48、非金屬屬夾雜用用顯微鏡鏡觀察氧氧化膜為為黑色線線狀包留留物，黑黑色為氧氧化膜，淺淺色為基基體，當當氧化鋁鋁膜中有有渣子時時就為渣渣皮（如如圖3-3g中中的F）。圖 3-33f 典典型氧化化膜（變變質后）圖3-3gg 典型型氧化膜膜（未變變質）2）形成原原因：氧氧化膜形形成的機機理主要要有兩個個：一是是在熔煉煉和鑄造造過程中中熔體表表面始終終和空氣氣接觸，不不斷進行行高溫氧氧化反應應形成氧氧化膜并并覆蓋在在熔體表表面。當當攪拌和和熔鑄操操作不當當時浮在在熔體表表面的氧氧化皮被被破碎比比卷入熔熔體內，最最后留在在鑄錠中中。二是是鋁合金金熔煉時時，除了了使用原原鋁錠、中中間合金金和純鋁鋁等作為爐爐料

49、外，還還加入一一定數量量的廢料料（碎屑屑、廢鋁鋁錠等）。廢廢料成分分復雜，尺尺寸小、質質量差、存存在著大大量的氧氧化物夾夾雜，在在熔煉過過程中由由于除渣渣不凈，氧氧化物夾夾雜進入入熔體成成為氧化化膜。3）預防措措施：a）將原輔輔助材料料的油污污、腐蝕蝕產物、灰灰塵、泥泥沙和水水分等清清除干凈凈。b）熔煉過過程中盡盡量少反反復補料料和沖淡淡，攪拌拌方法要要正確，防防止表面面氧化皮皮成為碎碎塊掉入入爐內。c）空氣濕濕度不能能大。d）提高熔熔煉溫度度，除渣渣除氣時時間不能能太短，靜靜置時間間要足夠夠。e）使用的的各種工工具要預預熱。f）鑄造溫溫度不能能過低，要要保證熔熔體的良良好流動動性。結論根據所

50、觀察察的結果果和對實實驗結果果的分析析，以及及結合實實際工藝藝克的如如下結論論：1）斷口缺缺陷主要要有縮松松、縮孔孔、氣孔孔、針孔孔、氧化化鋁膜、非非金屬夾夾雜和夾夾渣等。縮松是沿晶界析出的不規則圖形，顏色一致；縮孔沿晶界析出，多為圓形；氣孔析出位置不定，形狀多為較規則的圓形；氧化膜是黑色細長的線條；非金屬夾雜和夾渣是顆粒呈簇狀或單個大顆粒。其中縮松和針孔影響合金致密性；縮孔、氣孔、氧化鋁膜、非金屬夾雜和夾渣影響合金的連續性。因此這些缺陷都會對合金的斷裂有不良影響。2）加精煉煉劑比加加清渣劑劑的斷口口夾渣要要少，在在溫度為為7244-7377，加入精精煉劑550Kgg，精煉煉時間228miin

51、-330miin，攪拌時時間200minn時工藝藝效果最最好。3）變質后后共晶硅硅的形態態由針狀狀變成點點球狀或或短纖維維狀，測測得兩種種二次枝枝晶間距距大小分分別為113.008umm和177.788um，對合金性性能尤其其是裂紋紋的萌生生有一定定影響。致謝本文自始自自終是在在指導老老師國棟棟老師的指指導下完完成的，本本文從選選題、實實驗設計計、實驗驗過程指指導直到到最后論論文的定定稿都得得到了國國老師的的指點和和幫助。他他對我諄諄諄教誨誨、嚴格格要求，認認真檢查查我在課課題進展展過程中中的每一一步工作作，使我我形成了了一套完完整而系系統的治治學思維維與研究究方法，使使我真正正地懂得得了做學

52、學問搞課課題研究究應從何何入手、從從何深入入，還使使我真正正具備了了獨立從從事科學學研究的的素質與與能力。同同時，他他還在為為人方面面給予了了我極大大地幫助助、教誨誨和鼓舞舞，并對對我的前前途與發發展寄予予深切的的關注和和指點，我我在此謹謹表示衷衷心地感感謝。這次試驗一一直在聯聯信戴卡卡公司完完成，包包括各個個試樣的的選取、試樣的制備、試樣的觀察、工藝參數的補充以及圖片的采集等。工廠的張總和各位師傅給與了大力支持和幫助，尤其是陳君衛師傅對于觀察金相試樣給與許多指導。在此表示深深的謝意。最后向以上上所有的的人士以以及所有有關注我我成長的的人士致致以最真真誠的感感謝。對評審審論文和和參加答答辯的各

53、各位老師師、專家致致以最真真誠的感感謝，謝謝您您們在論論文評審審和答辯辯過程中中提出的的寶貴意意見，愿您們們平安健健康快樂樂!參考文獻1 朱朱正峰.AI-Ti-B中間間合金的的制備及及其細化化性能的的研究D.甘肅:蘭州理理工大學學.20008,52 Ejiiofoor JJ U, Reeddyy R G. Efffectts oof pporoous carrbonn onn siinteeredd All- SSi-MMgmatriix ccompposiitessJ. JJourrnall off Maaterrialls EEngiineeerinng3 AAtxaaga G, Pell

54、ayoo A, Irrisaarrii A M. Efffectt off miicroostrructturee onn faatiggue behavviorr off caast Al77- SSi- Mg allloy J. MMateer SSci Tecch4 趙趙鴻. 鋁在汽汽車上的的應用J. 汽車車工藝與與材料，1997，1:19-245 MM ayyerHH, eet aa.l Infflueencee o f pporoositty oon tthe fattiguue llimiit oof ddie casstmagneesiuum aand aluuminnum al

55、lloyssJ. IInt J FFatiiguee,20003, 255: 2245-25666 WWangg Q G, Apeeliaan DD, LLadoos DD A. Faatiggue behhaviior of A3556-TT6 aalumminuumcast allloyss. PPartt I Efffectt off caastiing deffecttsJJ.JJourrnall offLigght Mettalss,20001(1):73-847 AAvallle M, et a.ll Caastiing deffectts aand fattiguue sstre

56、engtth oo f a ddie casst aalumminuumalloyy: aa coompaarisson bettweeen sstanndarrd sspeccimeens andd prroduuctiion commponnentts J. Innt JJ Faatiggue, 20002,24:1-998 CCatoon MM J. Prrediictiing fattiguue ppropperttiess off caast aluuminnum by chaaraccterringg smmall ccracck pproppagaatioon bbehaavio

57、orDD. Uniiverrsitty oof MMichhigaan. Am Arbbor, M I, 200019 BBufffierre J YY, SSaveelliib SS, JJounneauu P H. Expperiimenntall sttudyy off poorossityy annd iitsrelattionn too faatiggue mecchannismms oof mm odde ll All-Sii7-MMg0. 3 casst AA l allloyss J . IInt J FFatiiguee,20002,2410冉冉廣,周敬恩恩,王永芳芳,席生岐

58、岐. AA3566鋁合金金微觀組組織及其其拉伸性性能JJ.西西安:金屬熱熱處理220077，（322）11易易有福,龍思遠遠,徐紹勇勇,王瑞斐斐,唐曉亮亮. 低壓壓鑄造AA3566 鋁合合金輪轂轂的微觀組織和力力學性能能J. 特特種鑄造造及有色色合金.20008,2812毛毛協民.汽車輪輪轂用AA3566鋁合金金簡介J. 汽車車工藝與與材料.20111,11013AAVALLLE M. Casstinng ddefeectss annd ffatiiguee sttrenngthh off a diee-caast aluuminnum alloyy: aa coompaarisson bet

59、tweeen sstanndarrd sspeccimeens andd prroduuctiion commponnentts J . IInt . JJ. FFatiiguee, 220022, 224:11- 9914劉劉小山,何國求求,范宋杰杰.A3356鋁鋁合金的的單軸疲疲勞特性性及斷口口分析J. 金屬功能材料料,20008，815孫孫建華.電解鋁鋁液生產產鋁合金金扁錠工工藝技術術研究與與實踐J.科苑論論壇,鋁加工.20005,116吳吳文祥，陳陳琦,馬科. 電解鋁鋁液制7700鋁鋁合金的的鑄態組組織與性性能JJ.特特種鑄造及有色合合金 220099,29（11）17 HYPERLI

60、NK /Search.aspx?q=author:%E5%BC%A0%E4%BA%AE 張張亮, HYPERLINK /Search.aspx?q=author:%E7%8E%8B%E5%BF%97%E5%B3%B0 王志峰峰, HYPERLINK /Search.aspx?q=author:%E8%B4%BE%E6%99%93%E9%A3%9E 賈曉飛飛, HYPERLINK /Search.aspx?q=author:%E8%B5%B5%E7%BB%B4%E6%B0%91 趙維民民.A3556.22鋁合金金輪轂輪輪輞的縮縮松分析析及性能能研究J. 熱加加工工藝藝.20010,2318段段虹