A铝合金显微组织及断口分析
第七章 材料显维断口分析
第七章材料的显微断口分析
第一节断口学概述
断口学是研究金属断裂面(即断口)的形态特征、形成原因和影响因素等内容的一门科学。按照研究尺度范围的不同，它又可分为宏观断口学和和显微断口学。
宏观断口学是利用肉眼或低倍放大镜，通过分析断口的色泽、粗糙度、各种条纹（例如发射状条纹、贝壳状条纹等）和宏观变形来确定分析裂纹源的位置、裂纹扩展方向、受力状态级可能的环境介质等，并进一步推断断口的性质和断裂的原因等。
显微断口学则是利用光学显微镜、投射电子显微镜和扫描电子显微镜来研究断口的显微形貌特征、形成机制及影响因素等。它和宏观断口学研究结果互相补充及佐证，使人们能对断裂的全部过程有更深入和正确的了解。
第二节金属断口的基本显微形貌及其形成机制
造成金属断裂的外部条件及金属本身的内在因素是多种多样的，但是断裂时的断口的基本显微形貌确实很有限的。这就是说，任何断口都是有一种或几种基本显微形貌或他们的变态，按一定的规律、以不同的比例组合而成的。下面对常见几种基本断口显微形貌做介绍。
一、解理断口
解理断裂是指在一定条件下，金属因受拉应力作用而沿某些特定的结晶学平面发生分离的过程。它是由于原子间结合键的破坏而造成的穿晶断裂。一般体心立方金属和密排六方金属常发生解理断裂、低温、高应变率、三向应力状态的存在、腐蚀环境中有活性介质吸附都有利于解理断裂。
解理断口宏观上常具有放射状、人字纹、小刻面等特征。微观断口形貌主要有以下几种。
１、解理台阶解理可沿解理面、滑移面或孪晶面进行。由于实际晶体内部存在许多缺陷（如位错、析出相、夹杂物等），所以在一个晶粒内的解理并不是只沿一个晶面，而是沿一簇相互平行的晶面。这样不同高度的解理面之间的裂纹相互贯通形成台阶。
A356铝合金显微组织与断口分析报告
目录
1 绪论 (1)
1.1断口分析的意义 (1)
1.2 对显微组织及断口缺陷的理论分析 (1)
1.3研究方法和实验设计 (3)
1.4预期结果和意义 (3)
2 实验过程 (4)
2.1 生产工艺 (4)
2．1.1 加料 (4)
2.1.2 精炼 (4)
2.1．3 保温、扒渣和放料 (5)
2.1. 4 单线除气和单线过滤 (5)
2.1. 5连铸 (6)
2.2 实验过程 (6)
2.2. 1 试样的选取 (6)
2.2.2 金相试样的制取 (8)
2.2.3 用显微镜观察 (9)
2.3 观察方法 (10)
2.3.1显微组织的观察 (10)
2.3.2 对断口形貌的观察 (11)
3 实验结果及分析 (11)
3.1对所取K模试样的观察 (11)
3.2 金相试样的观察及分析 (12)
3.2.1 对显微组织的观察 (12)
3.2.2 断口缺陷 (16)
结论 (24)
致 (25)
参考文献 (26)
附录 (28)
1 绪论
1.1断口分析的意义
随着现代科技的发展以及现代工业的需求，作为21世纪三大支柱产业的材料科学正朝着高比强度，高强高韧等综合性能等方向发展。长久以来，铸造铝合金以其价廉、质轻、性能可靠等因素在工业应用中获得了较大的发展。尤其随着近年来对轨道交通材料轻量化的要求日益迫切[1]，作为铸造铝合金中应用最广的A356铝合金具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理后，具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和较好的机械加工性能[2-3]，与钢轮毂相比，铝合金轮毂具有质量轻、安全、舒适、节能等，在汽车和航空工业上得到了日益广泛的应用[4]。
实验二 有色金属的显微组织观察与分析
实验一有色合金显微组织观察与分析
一、实验目的
1. 观察常见的铝合金、铜合金、镁合金及轴承合金等有色金属试样的显微组织特征。
2. 了解有色金属中合金元素对其组织和性能的影响。
二、实验说明
（一）铝合金
1．铸造铝合金：应用最广泛的铸造铝合金为含有大量硅的铝合金，即所谓硅铝合金。典型的硅铝合金牌号为ZL102，含硅11～13%，在共晶成分附近，因而具有优良的铸造性能——流动性好，铸件致密，不容易产生铸造裂纹。铸造后几乎全部得到共晶组织即粗大灰色针状的共晶硅分布在白亮色的α-Al固溶体基体上，这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性，因此通常在浇铸时向合金溶液中加入2～3%的变质剂，进行变质处理，合金共晶点向右移，原来的合金变成亚共晶，其组织为枝晶状初生α固溶体（白亮色）+细的（α+Si）共晶体（黑色），如图1-1所示，从而提高合金强度和塑性。
（a）未经变质处理（b）变质处理
图1-1 铸造铝合金（ZL102）的显微组织500X
2．形变铝合金：硬铝是Al-Cu-Mg系合金，是重要的形变铝合金，具有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，故而称Al-Cu-Mg系合金为硬铝合金。在Al-Cu-Mg系中，形成了CuAl2（θ相）、CuMgAl2（S相），这两个相在加热时均能溶入合金的固溶体内，并在随后的时效热处理过程中通过形成“富集区”、“过渡相”而使合金达到强化。如图1-2所示。
（a）铸态（b）时效板材
图1-2 硬铝（ZL12）的显微组织 100X
（二）铜合金
1. 普通黄铜
普通黄金是Cu-Zn合金，其含锌量均在45%以下，根据Cu-Zn合金状态图，含锌量在32%以下的黄铜（如H80、H70）为α相固溶体的单相组织；而含锌量在32~45%之间的黄铜（H62、H59）则为（α+β）两相组织。
金属断口机理及分析
名词解释
延性断裂：金属材料在过载负荷的作用下，局部发生明显的宏观塑性变形后断裂。
蠕变：金属长时间在恒应力，恒温作用下，慢慢产生塑性变形的现象。
准解理断裂：断口形态与解理断口相似，但具有较大塑性变形〔变形量大于解理断裂、小于延性断裂〕是一种脆性穿晶断口
沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展的方式发生的断裂。
解理断裂：在正应力作用下沿解理面发生的穿晶脆断。
应力腐蚀断裂：拉应力和腐蚀介质联合作用的低应力脆断
疲劳辉纹：显微观察疲劳断口时，断口上细小的，相互平行的具有规则间距的，与裂纹扩展方向垂直的显微条纹。
正断：断面取向与最大正应力相垂直〔解理断裂、平面应变条件下的断裂〕
韧性：材料从变形到断裂过程中吸收能量的大小，是材料强度和塑性的综合反映。
冲击韧性：冲击过程中材料吸收的功除以断的面积。
位向腐蚀坑技术：利用材料腐蚀后的几何形状与晶面指数之间的关系研究晶体取向，分析断裂机理或断裂过程。
河流把戏：解理台阶及局部塑性变形形成的撕裂脊线所组成的条纹。其形状类似地图上的河流。
断口萃取复型：利用AC纸将断口上夹杂物或第二相质点萃取下来做电子衍射分析确定这些质点的晶体构造。
氢脆：金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的低应力脆断。
卵形韧窝：大韧窝在长大过程中与小韧窝交截产生的。
等轴韧窝：拉伸正应力作用下形成的圆形微坑。均匀分布于断口外表，显微洞孔沿空间三维方向均匀长大。
第一章
断裂的分类及特点
1.根据宏观现象分：脆性断裂和延伸断裂。
脆性断裂裂纹源：材料外表、内部的缺陷、微裂纹；断口：平齐、与正应力相垂直，人字纹或放射花纹。延性断裂裂纹源：孔穴的形成和合并;断口：三区，无光泽的纤维状，剪切面断裂、与拉伸轴线成45º .
A356.2铝合金轮毂拉伸性能及断口分析
AT &M
（上接第41页） 铆钉用量在5 000~8 000颗不等，平均按2元/颗计 算，仅铆钉材料成本一项就1万多元，这也是制约铝 合金客车普及的一个重要因素。
车身蒙皮的连接以粘接为主[4]，在需要局部加强 的部位配以自冲铆，即粘接-自冲铆复合工艺[5]，既 满足表面要求又保证了连接强度。
5 总结
混合动力和纯电动客车车身采用铝合金是其轻量 化的主要途径，而且应用越来越广泛。国内多家客车 公司都已经开发出自己的铝合金客车，但还没有得到 规模推广。
车身采用骨架+蒙皮结构。骨架材料一般采用 6061-T6铝合金型材，截面复杂各异；蒙皮材料主要采 用5系铝合金，也有少量采用6系铝合金以便烘烤后得到 更高的强度。车身骨架连接方式为焊接和铆接2种。焊
综述-铝合金疲劳及断口分析报告
文献综述
（2011级）
设计题目铝合金疲劳及断口分析
学生姓名胡伟
学号*********
专业班级金属材料工程2011级03班指导教师黄俊老师
院系名称材料科学与工程学院
2015年4月12日
铝合金疲劳及断口分析
1 绪论
1.1 引言
7系铝合金包括Al-Zn-Mg 系和Al-Zn-Mg-Cu 系合金，此类合金具有密度低、比强度高、良好的加工性能及优良的焊接性能等一系列优点。随着应用在铝合金上的热处理工艺及微合金化技术的不断改进，其力学性能被大幅度强化，综合性能也得到了全面提升。在航空航天、建筑、车辆、、桥梁、工兵装备和大型压力容器等方面都得到了广泛的应用。
现代工业的飞速发展，对7 系铝合金的强度、韧性以及抗应力腐蚀性能等提出了更高的要求。但是，存在另外一个现象，在各行各业的领域中，铝合金设备偶尔会出现难以察觉的断裂，在断裂之前很难甚至无法察觉到一点塑性变形。这种断裂形式，对人身以及财产安全造成了不可挽回的损失。经过大量实验表明，这些断裂是由于材料的疲劳引起，材料在交变载荷的长期作用下，表面或者内部，尤其是内部会产生微观裂纹。本文主要研究铝合金疲劳引起的裂纹以及疲劳断口分析，此类研究对于日后的生产安全，有重大意义。
1.2 7系铝合金的发展历史
在20世纪20年代，德国的科学家研制出Al-Zn-Mg系合金，由于该合金抗应力腐蚀性能太差，并未得到产业内应用。在20世纪30年代初一直到二战结束期间，各个国家在研究中发现，Cu元素可以提高铝合金的抗应力腐蚀性能。在此，开发了大量Al-Zn-Mg 系合金，因此忽视了对Al-Zn-Mg 系合金的研究。德、美、苏、法等国在Al-Zn-Mg-Cu 系合金基础上成功地开发了7075 、B93 和D。T。 D683 等合金。目前正广泛应用在航空航天事业上，但是强度、韧性、抗应力腐蚀性能三者之间未能实现最佳组合状态。20世纪50年代，德国
铸造铝合金断口结晶组织等级标准
铸造铝合金断口结晶组织等级标准
铸造铝合金断口结晶组织等级标准
1. 前言
铸造铝合金作为一种重要的结构材料，在航空航天、汽车、电子、建筑等领域得到广泛应用。铝合金的性能与其断口结晶组织密切相关。为了准确评估铝合金的性能，制定了铝合金断口结晶组织等级标准。本文将对铸造铝合金断口结晶组织等级标准进行深入的探讨和分析。
2. 等级标准的作用
铸造铝合金断口结晶组织等级标准将铝合金的断口结晶组织按照一定的标准进行分类和评估。这种分类和评估系统可以为铝合金生产和应用提供准确的参考，有助于制定合理的制造工艺和品质控制标准。等级标准反映了铝合金断口结晶组织与力学性能之间的关系，有助于判断铝合金的可用性、机械特性和耐用性。
3. 研究方法和分类依据
在制定铸造铝合金断口结晶组织等级标准时，通常会采用一定的研究方法和分类依据，以确保评估的准确性和可行性。常用的研究方法包括显微组织观察、断口形貌分析和力学性能测试。通过对铝合金断口的显微组织进行观察和分析，可以了解其组成、晶粒尺寸、晶界特性
等信息。断口形貌分析可以揭示材料的断裂机制和断面特征。力学性能测试可以对材料的强度、韧性、硬度等进行定量评估。
4. 等级标准的内容
铝合金断口结晶组织等级标准通常包括几个方面的内容：晶粒尺寸、晶界特性、断裂模式等。其中，晶粒尺寸是评估铝合金断口结晶组织的重要指标之一。晶粒尺寸的大小会直接影响铝合金的力学性能，小晶粒有利于提高材料的强度和韧性。晶界特性也是一个重要的评估指标，它反映了晶界的结晶度和稳定性，对材料的断裂韧性有着重要影响。断裂模式则描述了铝合金在断裂过程中的表现形式，包括韧性断裂、脆性断裂等。
金相显微组织下的一些缺陷及图片说明
抛光3系铝合金时，抛光后金相观察到一些黑点，请问那些黑点会是什么？脏东西？夹杂？ 磨了好久都磨不掉！<br>7楼: Originally posted by geoge at 2011-11-23 18:03:19: 抛光3系铝合金时，抛光后金相观察到一些黑点，请问那些黑点会是什么？脏东西？夹 杂？磨了好久都磨不掉！ 黑点有多种可能性：1、疏松的孔洞，这种黑点是因为反射光在孔洞里面，就是黑色；2、 抛光膏沾黏在金属表面，很细小，形状太同一方向的“小尾巴” ；3、抛光时抛光布上面的纤 维造成的压痕，也会带有小尾巴！3、如果这种黑点不是布满在视野范围内的，偶尔有几个 小黑点甚至是比较大的黑点，那就是夹杂了！ ！以上是经验，仅供参考。<br>对于铝合金试样，楼主的制备方法也就只能做成这个样子了。要想看清楚铝合金的晶界，必 须要电解抛光+阳极制膜+偏光显微镜观察。<br>材料是 7075 铝合金 正常温度铝熔体凝固过程，平时组织如图 1，可以看到晶界比较清晰，晶粒内部有很多析出 相； 而温度更高热铝熔体凝固后的金相组织如图 2， 其性能 （尤其是延伸率） 比起前者大大降低， 晶界看起来比较暗。 是否可以看出是发生过烧了呢？还只是腐蚀染色的问题。那么性能的降低可能是什么原因， 谢谢 腐蚀剂是混合酸。<br><br>
<br>
在金相观察中有些问题困扰我很久了，希望大家帮忙哦 1、相关参考书中说，7 系列铝合金微观组织是枝晶网络组织，那么枝晶网络结构和晶粒有 什么关系？我在腐蚀后好像只能看到枝晶， 那么晶粒就是枝晶网络结构包裹的区域吗？另外 枝晶间距如何测量？ 还是以我的照片为例吧， 我死活看不出来那部分是晶粒。 。 。 是腐蚀的问题吗？希望高手帮忙 标<br><br>
A356铝合金显微组织及断口分析报告
目录
1 绪论 (1)
1.1断口分析的意义 (1)
1.2 对显微组织及断口缺陷的理论分析 (1)
1.3研究方法和实验设计 (3)
1.4预期结果和意义 (3)
2 实验过程 (3)
2.1 生产工艺 (4)
2．1.1 加料 (4)
2.1.2 精炼 (4)
2.1．3 保温、扒渣和放料 (4)
2.1. 4 单线除气和单线过滤 (5)
2.1. 5连铸 (6)
2.2 实验过程 (6)
2.2. 1 试样的选取 (6)
2.2.2 金相试样的制取 (8)
2.2.3 用显微镜观察 (9)
2.3 观察方法 (10)
2.3.1显微组织的观察 (10)
2.3.2 对断口形貌的观察 (11)
3 实验结果及分析 (11)
3.1对所取K模试样的观察 (11)
3.2 金相试样的观察及分析 (12)
3.2.1 对显微组织的观察 (12)
3.2.2 断口缺陷 (15)
结论 (23)
致 (24)
参考文献 (25)
附录 (27)
1 绪论
1.1断口分析的意义
随着现代科技的发展以及现代工业的需求，作为21世纪三大支柱产业的材料科学正朝着高比强度，高强高韧等综合性能等方向发展。长久以来，铸造铝合金以其价廉、质轻、性能可靠等因素在工业应用中获得了较大的发展。尤其随着近年来对轨道交通材料轻量化的要求日益迫切[1]，作为铸造铝合金中应用最广的A356铝合金具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理后，具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和较好的机械加工性能[2-3]，与钢轮毂相比，铝合金轮毂具有质量轻、安全、舒适、节能等，在汽车和航空工业上得到了日益广泛的应用[4]。
铝合金解理断口
铝合金解理断口
铝合金是一种常见的金属材料，具有较高的强度和良好的耐腐蚀性能。在工程应用中，铝合金常被用作结构材料，用于制造飞机、汽车、船舶等各种工业产品。在铝合金的加工和使用过程中，经常会出现断裂现象，即铝合金的断口。本文将以铝合金解理断口为题，探讨铝合金断口的特点、成因和分析方法。
一、铝合金断口的特点
铝合金的断口通常呈现出以下几种特点：
1. 断口形状多样：铝合金的断口形状可以是平整的、粗糙的、呈现韧突的或者呈现韧性断裂的样貌。
2. 断口颜色明显：铝合金的断口颜色通常呈现出银白色或者灰黑色，有时也会有一些氧化物的颜色。
3. 断口表面有特征：铝合金的断口表面上常常可以观察到沿晶断裂、穿晶断裂或者韧突的特征。
4. 断口有裂纹：铝合金的断口上通常可以观察到裂纹的存在，有时甚至可以发现一些疲劳裂纹或者应力腐蚀裂纹。
二、铝合金断裂的成因
铝合金的断裂通常有以下几个成因：
1. 力学性质：铝合金的断裂与其力学性质有关，包括材料的强度、韧性、硬度等特性。
2. 加工工艺：铝合金在加工过程中可能会出现过度加工、变形不均
匀、应力集中等问题，导致断裂。
3. 缺陷存在：铝合金中可能存在一些微观或者宏观的缺陷，如夹杂物、气孔、夹层等，这些缺陷会成为断裂的起始点。
4. 应力作用：外界应力的作用也是导致铝合金断裂的原因之一，如拉伸、压缩、弯曲等应力。
三、铝合金断口的分析方法
对于铝合金的断口，可以通过以下几种方法进行分析：
1. 断口形貌观察：通过显微镜观察铝合金的断口形貌，分析断口的特征，判断断裂类型和断裂机理。
2. 化学分析：通过对铝合金断口的化学成分进行分析，了解铝合金中的杂质含量以及可能存在的元素偏析情况。
2024铝合金振动疲劳特性及断口分析
2024铝合金振动疲劳特性及断口分析
胡海涛;李玉龙;索涛;赵峰
【摘要】研究激振频率对铝合金悬臂梁结构振动疲劳特性的影响.在不同激振频率下测试2024铝合金悬臂梁相同初始应力幅值下的振动疲劳寿命.利用体式显微镜及扫描电镜对疲劳断口进行微观分析.结果表明:初始应力相同时,处于共振状态的悬臂梁振动疲劳寿命最长,瞬断区面积最小.微观分析表明,疲劳裂纹源萌生于材料表面的最大应力区,在裂纹源区有明显的放射状条纹、贝壳线和大量刻面;在疲劳裂纹扩展区,除疲劳条带外,还观察到大量的二次疲劳裂纹;疲劳瞬断区则由大量韧窝构成,表现出典型的韧性断裂特征.微观分析可知合金内强化相颗粒对疲劳裂纹扩展有明显的阻碍作用.%A series of vibration fatigue tests with the same initial stress amplitude were carried out on aluminum alloy 2024 cantilever beam aimed to explore the effect of excitation frequency on vibration fatigue lives.The experiment results show that the longest-life vibration fatigue of cantilever beam appears,and the least fatigue failure region of fracture surface is found,while the excitation frequency is equal to the natural frequency of sample.The fatigue fracture surface was studied by optical microscope and scanning electron microscope.The results show that the crack initiations mostly derive from the surface flaw or inclusion.The crack propagation regions are characterized by fatigue striation and secondary crack.There are lots of dimples in fatigue failure region of fracture surface.The tiny strengthening phase particles play a role of restraining the propagation of fatigue crack.
A356铝合金显微结构及拉伸断口分析_范宋杰
Fe 0 0 15. 80
图 1 A356 合金的金相照片 Fig. 1 The metallographs of A356 alloys
第一 、二点均为共晶硅相上取的点 ,是硅的富集 区 ,典型的亚共晶非平衡凝固组织 ,第三点中有 Mg 、Fe 存在 ,是富铁相及沉淀的 Mg2 Si 相 。在图 2 (a) 中可以观察到针状富铁相 ,长度大约为 100μm 左右 ,而且多数分布在共晶硅及与基体界面处 ,这些 富铁相是熔炼和铸造使用的工具 (钢或铸铁) 带入铝 中而产生的 ,它们割裂了金属基体的连续性 ,使力学
合金的拉伸 、冲击及疲劳性能 。而铸造过程中引入 的铁相将使合金的力学性能严重恶化[3] 。其它如残 留气孔等缺陷也对合金有不利的影响 。因此本文对 A356 铝合金的微观组织进行了观察和分析 ,以期为 热加工等工艺提供借鉴资料 。断口的观察和分析可 以给材料的性能和行为等提供许多方面的信息 ,借 助断口形貌的分析解决了许多重要部件的力学行为 问题[4] ,而 A356 铝合金的断口分析资料较少 ,本文 也对该合金的拉伸断口进行了研究 。
第 2
14 卷 007
第 2 期 年4月
金属功能材料
Metallic Functional Mat
erial
s
Vol1 14 April ,
, No1 2 2007
A356 铝合金显微结构及拉伸断口分析
不同热处理状态下的5A06铝合金显微组织分析化工
不同热处理状态下的5A06铝合金显微组织分析-化工不同热处理状态下的5A06铝合金显微组织分析
赵磊1牛博1马小昭2董小媛1
(1.中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西西安710068；
2.中航工业西安航空动力控制科技有限公司，陕西西安710077)
【摘要】采用原始状态为H112态的5A06板材，通过箱式电阻炉加热得到不同热处理状态下的金相试样。扫描电子显微镜(SEM)与能谱(EDS)分析表明，5A06铝合金中的主要第二相有Al6(FeMn)相、Mg2Si相以及Al8Mg5相。热处理过程对于Al6(FeMn)相、Mg2Si相的分布和形态影响不大。Al8Mg5相随热处理温度的增高发生固溶，使得材料的塑性提高而强度略微下降。5A06铝合金板材在550℃热处理时既有小概率出现包铝层起泡现象，在570℃将发生明显过烧，故5A06铝合金的热加工温度应控制在550℃以下为宜。
关键词5A06铝合金；热处理；显微组织
0引言
5A06铝合金属于Al-Mg系防锈铝[1]，具有较好的耐蚀性[2]、较高的强度以及良好的焊接性能[3]，多用于有轻量化和耐蚀性要求的结构件，是航空、航天及航海领域不可缺少的重要材料[4]。但由于5A06是不可热处理强化铝合金，因此，多年来有关于其热处理工艺的研究发表不多，更缺乏系统分析各种热处理状态下对应显微组织的研究。鉴于此，本文分析了5A06板材常见热处理状态下所对应的显微组织，并对更高温度下固溶后的显微组织变化以及过烧情况进行了探讨。
１实验
１.1实验材料
实验材料选择2mm厚的5A06板材，原始状态为H112，其化学成分如表1所示[1]。
综述-铝合金疲劳及断口分析
文献综述
（2011级）
设计题目铝合金疲劳及断口分析
学生姓名胡伟
学号201111514
专业班级金属材料工程2011级03班指导教师黄俊老师
院系名称材料科学与工程学院
2015年4月12日
铝合金疲劳及断口分析
1 绪论
1.1 引言
7系铝合金包括Al-Zn-Mg 系和Al-Zn-Mg-Cu 系合金，此类合金具有密度低、比强度高、良好的加工性能及优良的焊接性能等一系列优点。随着应用在铝合金上的热处理工艺及微合金化技术的不断改进，其力学性能被大幅度强化，综合性能也得到了全面提升。在航空航天、建筑、车辆、、桥梁、工兵装备和大型压力容器等方面都得到了广泛的应用。
现代工业的飞速发展，对7 系铝合金的强度、韧性以及抗应力腐蚀性能等提出了更高的要求。但是，存在另外一个现象，在各行各业的领域中，铝合金设备偶尔会出现难以察觉的断裂，在断裂之前很难甚至无法察觉到一点塑性变形。这种断裂形式，对人身以及财产安全造成了不可挽回的损失。经过大量实验表明，这些断裂是由于材料的疲劳引起，材料在交变载荷的长期作用下，表面或者内部，尤其是内部会产生微观裂纹。本文主要研究铝合金疲劳引起的裂纹以及疲劳断口分析，此类研究对于日后的生产安全，有重大意义。
1.2 7系铝合金的发展历史
在20世纪20年代，德国的科学家研制出Al-Zn-Mg系合金，由于该合金抗应力腐蚀性能太差，并未得到产业内应用。在20世纪30年代初一直到二战结束期间，各个国家在研究中发现，Cu元素可以提高铝合金的抗应力腐蚀性能。在此，开发了大量Al-Zn-Mg 系合金，因此忽视了对Al-Zn-Mg 系合金的研究。德、美、苏、法等国在Al-Zn-Mg-Cu 系合金基础上成功地开发了7075 、B93 和D。T。 D683 等合金。目前正广泛应用在航空航天事业上，但是强度、韧性、抗应力腐蚀性能三者之间未能实现最佳组合状态。20世纪50年代，德国
xxx铝合金的微观组织(金相分析)
未再结晶: 晶粒内部有小角度晶界
3. 5.1 轧制变形铝合金的微观组织（典型组织）
等轴晶粒沿轧制方向被拉长 为纤维组织
未溶相沿轧制方向呈链状排 列
7B50铝合金轧制变形态金相组织图 a）80% b）90% c）95% d）图b局部放大
固溶时效后金相组织图 a）b）80% c）d）90%e）f ）95%
7085 铝合金热变形中的动态再结晶
变形晶粒晶界处出现细小等轴晶粒
3. 4 变形铝合金中的再结晶组织 （1）铝合金中再结晶组织演变：
热变形过程中，部分变形晶粒发生动态再结晶，形成变形晶粒和少量再结 晶晶粒混合组织 固溶过程中，温度较高，发生静态再结晶，再结晶比例大幅增加 时效温度很低，合金一般不会发生进一步的再结晶
7xxx铝合金的微观组织 （金相分析）
汇报人：XXX 指导老师：XXX教授
目录
一. 金相分析基础
二. 7xxx铝合金的微观组织（金相组织）
一. 金相分析基础
台式金相显微镜示意图
金相组织显示原理
试样中各组成相及其边界具有不同 物理化学性质，利用这些差异转化 为磨面反射光强度和色彩的区别， 然后金相显微镜利用磨面反射光的 差异来成像
多相合金的浸蚀，除了有单相合金 反应特征外，由于组织中有明显的 相组成物，电位差距较大，发生相 之间的电化学腐蚀，其中一相被溶 去一薄层，而相界被浸蚀较深呈现 凹坑，结果在相与相界间相与相间 出现凹坑，从而显示出相或组织
实验常用金属材料组织观察及分析
试验五、常用金属材料组织观看及分析
一、试验目的：
1、观看及争论常用的几种合金材料的显微组织的特征。
2、了解及把握它们铸造、加工、热处理状态下组织及性能之间的关系。
二、试验说明：
这里主要介绍铸铁、合金钢、铜合金、铝合金及轴承合金，它们的应用也较广泛有必要进展深度的了解。
三、试验内容：
〔一〕铸铁
1、白口铸铁：
白口铸铁的碳以结合态〔渗碳体的形式〕存在，断口呈银白色。其组织特征是没有石
墨而有莱氏体组织。依据含碳量可将白口铸铁分为亚共晶、共晶、过共晶白口铸铁。
（1）亚共晶白口铸铁：
含碳量大于 2.06，小于 4.30%的白口铸铁称为亚共晶白口铸铁，其显微组织含有由初生树枝状的奥氏体转变成的珠光体、共晶莱氏体及二次渗碳体。再显微镜下看到的暗黑色树枝状的为珠光体，白底上分布细小暗黑色的散粒状的为莱氏体，而二次渗碳体则与莱氏体中的渗碳体相互混杂，而难于区分。
（2）、共晶白口铸铁：
含碳量等于4.30%的白口铸铁称为共晶白口铸铁，其显微组织为100%的莱氏体，它是渗碳体与珠光体的机械混合物，其中黑色细点状或短条状是珠光体，而白色的基体为渗碳体。
（3）、过晶白口铸铁：
含碳量大于 4.30%的白口铸铁称为过共晶白口铸铁，其显微组织由一次渗碳体和莱氏体
组成。其中粗大的白亮条状为一次渗碳体，白底上分布细小暗黑色的散粒状的为莱氏体。
2、灰口铸铁：
灰口铸铁中的碳以游离状态〔石墨〕存在，断口呈灰色。其组织由金属基体和无方向
分布的片状石墨组成。金属基体可以是铁素体、珠光体及珠光体加铁素体的混合基体三种。石墨在未经浸蚀的试样即可观看到，而基体则需用2—4%的硝酸酒精浸蚀才能识别。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录
1 绪论 (1)
1.1断口分析的意义 (1)
1.2 对显微组织及断口缺陷的理论分析 (1)
1.3研究方法和实验设计 (3)
1.4预期结果和意义 (3)
2 实验过程 (4)
2.1 生产工艺 (4)
2．1.1 加料 (4)
2.1.2 精炼 (4)
2.1．3 保温、扒渣和放料 (5)
2.1. 4 单线除气和单线过滤 (5)
2.1. 5连铸 (6)
2.2 实验过程 (6)
2.2. 1 试样的选取 (6)
2.2.2 金相试样的制取 (8)
2.2.3 用显微镜观察 (9)
2.3 观察方法 (10)
2.3.1显微组织的观察 (10)
2.3.2 对断口形貌的观察 (11)
3 实验结果及分析 (11)
3.1对所取K模试样的观察 (11)
3.2 金相试样的观察及分析 (12)
3.2.1 对显微组织的观察 (12)
3.2.2 断口缺陷 (15)
结论 (23)
致谢 (24)
参考文献 (25)
附录 (27)
1 绪论
1.1断口分析的意义
随着现代科技的发展以及现代工业的需求，作为21世纪三大支柱产业的材料科学正朝着高比强度，高强高韧等综合性能等方向发展。长久以来，铸造铝合金以其价廉、质轻、性能可靠等因素在工业应用中获得了较大的发展。尤其随着近年来对轨道交通材料轻量化的要求日益迫切[1]，作为铸造铝合金中应用最广的A356铝合金具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理后，具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和较好的机械加工性能[2-3]，与钢轮毂相比，铝合金轮毂具有质量轻、安全、舒适、节能等，在汽车和航空工业上得到了日益广泛的应用[4]。
然而，由于其凝固收缩，同时在熔融状态下很容易溶入氢，因此铸造铝合金不可避免地包含一定数量的缺陷，比如空隙、氧化物、孔洞和非金属夹杂物等[5-7]。这些缺陷对构件的力学性能影响较大，如含1%体积分数的空隙将导致其疲劳50%，疲劳极限降20%[8-9]。所以研究构件中缺陷的性质、数量、尺寸和分布位置对力学性能的影响具有重要意义[10]。而这些缺陷往往是通过显微组织和断口分析来研究的。
另外，通过显微组织和断口分析所得到的结果可以分析这些缺陷产生的原因，研究断裂机理，比结合工艺过程分析缺陷产生的原因，从而对改进工艺提出一定的有效措施，确定较好的生产工艺，以提高铝合金铸锭的性能。
但关于该合金的微观组织及其断口分析研究较少，研究内容深但不够综合，每篇论文多研究其部分缺陷，断口的获得多为拉伸端口。因此，希望对A356铝合金的断口缺陷有一个较为全面的研究。
1.2 对显微组织及断口缺陷的理论分析
铸件的力学性能与其微观组织有密切联系[11]。A356合金是一个典型的Al-Si-Mg系三元合金，它是Al-Si二元合金中添加镁、形成强化相Mg2Si，通过热处理来显著提高合金的时效强化能力，改善合金的力学性能。A356合金处于α-Al＋Mg2Si＋Si三元共晶系内，其平衡组织为初生α-Al＋（α-Al＋Si）共晶＋
Mg2Si。其相图如右图1-1，在冷却时，由液相先析出α-Al铝，随着铝的析出，液相成分变至二元共晶线，发生共晶反应，反应式为：
L→α-Al＋Si (1)
图1-1 铝硅镁三元共晶图
由于A356的含Si量仅为7％，所以，液相成分在达到三元共晶点之前，液相消失，凝固完全。凝固后的组织为初生α-Al基体＋（α-Al＋Si）共晶。凝固后铝固溶体含有Si和Mg元素，在继续冷却过程中析出Si和Mg2Si(如图1-1)。室温下的组织为初生α-Al、（α-Al＋Si）共晶和Mg2Si。冷却速度较快时，次生相Si和Mg2Si弥散细小不易分辩，而表现出α-Al和（α-Al＋Si）共晶。在实际铸造条件下（非平衡凝固），除基本相外，还可出现少量α-Al＋Mg2Si＋Si三元共晶体和杂质铁等构成的杂质相和一些复杂的多元共晶相[13]。
一般来说，铸造缺陷对构件的抗拉强度影响较小，但较显著影响构件的伸长率[14]。A356铝合金内部缺陷主要有偏析、缩松、缩孔、气孔、针孔、非金属夹杂和夹渣、金属夹杂、氧化铝膜、白点等。这些缺陷对其性能和强度有很大的影响。因为生产铝锭的铝水是电解铝液，电解铝液的温度一般在930℃以上，是过热金属[15]电解过程产生的H2和AL2O3夹杂直接进入铝液中，会造成H2含量高和AL2O3夹杂多[16]，H2产生气孔、气泡和白点缺陷的重要因素，AL2O3易形成夹渣；
电解铝液中的杂质元素Fe、Si与合金中的Mn、Mg等元素作用形成Al-FeMnSi、Mg2Si等第二相，分布于晶粒内以及晶界处，影响基体连续性；铸造过程中由于清渣不彻底以及凝固过程中的选分结晶和冷却条件不当易于生成夹杂、缩松和缩孔[17]；α-Al枝晶二次枝晶臂之间板片状共晶体是材料中最薄弱的区域，该区域中尺寸最大的Si颗粒首先发生断裂形成裂纹源。由于以上因素的影响，A356铝合金容易断裂，从而影响其强度、塑韧性和力学性能。若共晶Si呈灰色针状和片状，杂乱无章地分布在α-Al铝基体上，用光学显微镜可以看到铸造过程中的铸造缩孔、铸造气孔、氧化膜等缺陷。
1.3研究方法和实验设计
大颗粒夹杂：用肉眼观察其存在形式、数量、大小和分布特点（存在区域）以及夹杂物本身的形貌和大小，并结合冶炼工艺分析其来源；检测杂质净化效果和晶粒细化效果。
显微夹杂：用金相显微镜和扫描电镜观察其存在形式、数量、大小和分布特点（存在区域）以及夹杂物本身的形貌和大小，并结合冶炼工艺分析其来源；检测杂质净化效果和晶粒细化效果。
对A356铝合金显微组织的观察主要用金相显微镜进行观察。首先是取样：包括用长柄样勺从和料炉铝液、用短柄样勺从炉外取样以及取成品样，将取到的熔液倒入样饼模和K模得到样饼和K模试样，用上述取样方法选取不同工艺参数、不同生产阶段的试样。将取得的试样通过切、车、銑、磨、抛等步骤制成金相试样，通过不同的放大倍率观察索取试样的显微形貌，并获得各个形貌的照片。
对于断口的观察所用试样是公司提供的，将试样断口处切下，在车床上将试样切成金相试样大小，然后通过粗磨、细磨、抛光、浸蚀制成金相试样，通过金相显微镜观察并记录观察到的缺陷，分析缺陷产生的原因。
1.4预期结果和意义
1）结合企业生产需求，对A356铝合金进行金相及扫描电镜试验，对分布在初生α-Al基体上的共晶硅相、杂质相及气孔等进行观察，分析其分布特征、形貌及影响。